JP2015038219A - Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of producing single crystal for scintillator - Google Patents

Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of producing single crystal for scintillator Download PDF

Info

Publication number
JP2015038219A
JP2015038219A JP2014205772A JP2014205772A JP2015038219A JP 2015038219 A JP2015038219 A JP 2015038219A JP 2014205772 A JP2014205772 A JP 2014205772A JP 2014205772 A JP2014205772 A JP 2014205772A JP 2015038219 A JP2015038219 A JP 2015038219A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
less
scintillator
fluorescence
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014205772A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
倉田 靖
Yasushi Kurata
靖 倉田
達也 碓井
Tatsuya Usui
達也 碓井
直明 志村
Naoaki Shimura
直明 志村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP2014205772A priority Critical patent/JP2015038219A/en
Publication of JP2015038219A publication Critical patent/JP2015038219A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single crystal for scintillators which can reduce sufficiently the fluorescence output difference between on the cerium low-concentration side and on the cerium high-concentration side, a heat treatment method for production of the single crystal and a production method for the single crystal.SOLUTION: A single crystal for scintillators contains a cerium-activated orthosilicate compound of formula (1): GdLnLuCeLmSiO, where Lm is at least one element selected from Pr, Tb and Tm; Ln is at least one element selected from lanthanoid elements other than Pr, Tb and Tm and Sc and Y; 'a' is a value smaller than 1; x is a value larger than 1 and smaller than 2; y is a value larger than 0 and 0.01 or smaller; z is a value larger than z and 0.01 or smaller; and a+x+y+z is 2 or smaller.

Description

本発明は、医学診断用ポジトロンCT(PET)用、宇宙線観察用、地下資源探索用等の放射線医学、物理学、生理学、化学、鉱物学、更に石油探査等の分野で、ガンマ線等の放射線に対する単結晶シンチレーション検知器(シンチレータ)に用いられるシンチレータ用単結晶、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及びシンチレータ用単結晶の製造方法に関するものであり、更に詳細には、セリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法及びシンチレータ用単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to radiation such as gamma rays in fields such as radiology, physics, physiology, chemistry, mineralogy, and petroleum exploration for medical diagnosis positron CT (PET), cosmic ray observation, underground resource search, etc. The present invention relates to a scintillator single crystal used in a single crystal scintillation detector (scintillator), a heat treatment method for producing a scintillator single crystal, and a method for producing a scintillator single crystal. The present invention relates to a scintillator single crystal containing an orthosilicate compound, a heat treatment method for producing a scintillator single crystal, and a method for producing a scintillator single crystal.

セリウムを付活剤としたオルト珪酸ガドリニウム化合物のシンチレータは、蛍光減衰時間が短く、放射線吸収係数も大きいことから、ポジトロンCT(以下、PETという。)等の放射線検出器として実用化されている。しかし、このようなシンチレータは、蛍光出力がBGOシンチレータよりは大きいものの、NaI(Tl)シンチレータの20%程度しかなく、その改善が望まれている。   An orthosilicate gadolinium compound scintillator using cerium as an activator has been put to practical use as a radiation detector such as positron CT (hereinafter referred to as PET) because of its short fluorescence decay time and large radiation absorption coefficient. However, although such a scintillator has a fluorescence output larger than that of the BGO scintillator, it is only about 20% of the NaI (Tl) scintillator, and its improvement is desired.

一般式Lu2(1−x)Ce2xSiOで表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムの単結晶を用いたシンチレータ(例えば、特許文献1、2参照)、一般式Gd2−(x+y)LnCeSiO(LnはSc、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素)で表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムガドリニウム単結晶を用いたシンチレータ(例えば、特許文献3、4参照)及び一般式Ce2x(Lu1−y)SiOCe2x(Lu1−y2(1−x)SiOで表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムイットリウムの単結晶を用いたシンチレータ(例えば、特許文献5、6参照)が知られている。これらのシンチレータでは、結晶の密度が向上しているだけでなく、セリウム付活オルト珪酸塩化合物の単結晶の蛍光出力が向上し、蛍光減衰時間も短くできることが知られている。 A scintillator using a single crystal of cerium-activated lutetium orthosilicate represented by the general formula Lu 2 (1-x) Ce 2x SiO 5 (see, for example, Patent Documents 1 and 2), a general formula Gd 2− (x + y) Ln use x Ce y SiO 5 (Ln is that Sc, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and at least one element selected from the group consisting of Lu) and cerium-activated orthosilicate lutetium gadolinium single crystal represented by Scintillators (see, for example, Patent Documents 3 and 4) and cerium represented by the general formula Ce 2x (Lu 1-y Y y ) SiO 5 Ce 2x (Lu 1-y Y y ) 2 (1-x) SiO 5 A scintillator using a single crystal of activated lutetium yttrium silicate (see, for example, Patent Documents 5 and 6) is known. In these scintillators, it is known that not only the crystal density is improved, but also the fluorescence output of the single crystal of the cerium activated orthosilicate compound is improved and the fluorescence decay time can be shortened.

Ln2−(x+y)LuCeSiO(LnはYを含み、Sc、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素)で表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムの単結晶は、付活剤のセリウム濃度を変えることにより、蛍光減衰時間の異なるシンチレータが得られることが知られている。 Ln 2− (x + y) Lu x Ce y SiO 5 (Ln includes Y and is represented by at least one element selected from the group consisting of Sc, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) It is known that single crystals of cerium-activated lutetium orthosilicate have scintillators with different fluorescence decay times by changing the cerium concentration of the activator.

近年、PETの開発が進むにつれ、蛍光減衰時間の異なるシンチレータを組み合わせた次世代高性能PETの開発が期待されており、蛍光出力が高く、エネルギー分解能に優れると同時に蛍光出力差が小さく、特性ばらつきの小さいシンチレータが要求されている。   In recent years, with the development of PET, the development of next-generation high-performance PET that combines scintillators with different fluorescence decay times is expected. The fluorescence output is high, the energy resolution is excellent, and the difference in fluorescence output is small. A small scintillator is required.

しかし、付活剤のセリウム濃度を変えると蛍光減衰時間が変化するだけでなく、蛍光出力やエネルギー分解能が低下して、シンチレータ特性にばらつきが生じるという問題がある。   However, when the cerium concentration of the activator is changed, there is a problem that not only the fluorescence decay time changes, but also the fluorescence output and energy resolution are lowered, resulting in variations in scintillator characteristics.

特性ばらつきの要因はセリウム濃度以外に、結晶格子内の酸素欠損の発生が考えられる。この酸素欠損の発生により、エネルギートラップ準位が形成され、その準位からの熱励起作用に起因して蛍光出力のバックグラウンド(残光:Afterglow)が増加し、蛍光出力のばらつきが増加すると考えられる。   In addition to the cerium concentration, the cause of the characteristic variation is considered to be oxygen deficiency in the crystal lattice. The generation of oxygen vacancies forms an energy trap level, which increases the background of fluorescence output (afterglow) due to thermal excitation from the level and increases the variation in fluorescence output. It is done.

一般式:Ce2xLn2yLu2(1−x−y)SiO(式中Lnは、Luを除くランタノイド系元素のうち少なくともいずれか1種の元素であり、2×10−4≦x≦3×10−2、1×10−4≦y≦1×10−3)で表されるセリウム活性化ランタノイド珪酸塩のシンチレータ単結晶として、CeとTmの共付活珪酸ルテチウム単結晶が特許文献7に記載されており、蛍光出力、減衰時間及びエネルギー分解能のインゴット上下位置のばらつきが改善されることが記載されている。 General formula: Ce 2x Ln 2y Lu 2 (1-xy) SiO 5 (wherein Ln is at least one element of lanthanoid elements excluding Lu, and 2 × 10 −4 ≦ x ≦ As a cerium-activated lanthanoid silicate scintillator single crystal represented by 3 × 10 −2 , 1 × 10 −4 ≦ y ≦ 1 × 10 −3 ), a co-activated lutetium silicate single crystal of Ce and Tm is a patent document. 7 describes that the variation in the ingot vertical position of the fluorescence output, decay time, and energy resolution is improved.

一般式:(Ln1−x1−x2−x3Ln’x1Cex2Tbx39.33(SiO(式中、Ln及びLn’は互いに異なり、La、Gd、Yb及びLuの中から選択される希土類を表わし、x、x及びxは、0<x<1、0<x<0.05、0<x<0.05、0<x+x<0.1、0<x+x+x<1である)により示されるランタニド珪酸単結晶により構成されることを特徴とするシンチレータが特許文献8に記載されており、公知のオキシオルト珪酸塩を使用して得られたものと比較して、良好な性能を得るシンチレータであることが記載されている。 General formula: (Ln 1-x1-x2 -x3 Ln 'x1 Ce x2 Tb x3) 9.33 (SiO 4) 6 O 2 ( wherein, Ln and Ln' are different from each other, La, Gd, and Yb, and Lu X 1 , x 2 and x 3 are represented by 0 <x 1 <1, 0 <x 2 <0.05, 0 <x 3 <0.05, 0 <x 2 + x 3 <0.1, 0 <x 1 + x 2 + x 3 <1) A scintillator characterized by being composed of a lanthanide silicic acid single crystal is described in Patent Document 8, and a known oxyorthosilicate It is described that it is a scintillator that obtains good performance as compared to that obtained using

特許第2852944号公報Japanese Patent No. 2852944 米国特許第4958080号公報U.S. Pat. No. 4,958,080 特公平7−78215号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-78215 米国特許第5264154号公報US Pat. No. 5,264,154 米国特許第6624420号公報US Pat. No. 6,624,420 米国特許第6921901号公報US Pat. No. 6,921,901 特開2006−199727号公報JP 2006-199727 A 特開平2−64008号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-64008

異なる蛍光減衰時間をもつシンチレータを組み合わせる方式のDOI(Depth of Interaction)型次世代高性能PETでは、特定の減衰時間差を有し、蛍光出力やエネルギー分解能の差が小さい特性が要求される。セリウム付活ルテチウムオルト珪酸塩化合物単結晶においては、原料中のセリウム濃度を変えることで蛍光減衰時間を調整することが可能であり、高性能DOI型PET用シンチレータへの適用が検討されている。しかし、蛍光減衰時間の短いセリウム低濃度側では、蛍光出力が低下するので、組合せの蛍光減衰時間が長いシンチレータとの出力差がエネルギースペクトルを波形弁別する上で問題となる。したがってセリウム付活ルテチウムオルト珪酸塩化合物において、蛍光出力のセリウム濃度依存性を低減することが要求されている。   A DOI (Depth of Interaction) type next-generation high-performance PET in which scintillators having different fluorescence decay times are combined is required to have a specific decay time difference and a small difference in fluorescence output and energy resolution. In the cerium-activated lutetium orthosilicate compound single crystal, the fluorescence decay time can be adjusted by changing the cerium concentration in the raw material, and application to a high-performance DOI-type PET scintillator is being studied. However, since the fluorescence output decreases on the cerium low concentration side where the fluorescence decay time is short, the output difference from the scintillator with a long combination fluorescence decay time becomes a problem in discriminating the energy spectrum. Therefore, in the cerium activated lutetium orthosilicate compound, it is required to reduce the cerium concentration dependence of the fluorescence output.

なお、特許文献7ではインゴット内の結晶上部、下部の特性ばらつきが15%以下になっている効果について述べているが、原料中のセリウム濃度が異なるインゴット間の特性差については何ら記載がない。   In addition, although patent document 7 describes the effect that the characteristic variation of the upper part and the lower part of the crystal in the ingot is 15% or less, there is no description about the characteristic difference between ingots having different cerium concentrations in the raw material.

本発明の第1の発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、セリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができるシンチレータ用単結晶を提供することを目的とする。また、第1の発明は、セリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができるシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及び当該シンチレータ用単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   The first invention of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides a scintillator single crystal capable of sufficiently reducing the difference in fluorescence output between the low concentration side and the high concentration side of cerium. The purpose is to do. Further, the first invention provides a heat treatment method for manufacturing a scintillator single crystal capable of sufficiently reducing a difference in fluorescence output between a cerium low concentration side and a high concentration side, and a method for manufacturing the scintillator single crystal. The purpose is to provide.

本発明の第2の発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、組み合わせる二種類のシンチレータの蛍光減衰時間差を10ns以上とすることを容易にする程度に蛍光減衰時間の長いシンチレータ用単結晶及びその製造方法を提供することを目的とする。   The second invention of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the fluorescence decay time is long enough to facilitate the difference in fluorescence decay time between the two types of scintillators to be combined to 10 ns or more. An object is to provide a scintillator single crystal and a method for producing the same.

第1の発明は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶を提供する。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
1st invention provides the single crystal for scintillators containing the cerium activated orthosilicate compound represented by following General formula (1).
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)

第1の発明のシンチレータ用単結晶によれば、上記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含む構成を有することにより、セリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができる。本発明のシンチレータ用単結晶によれば、セリウム付活オルト珪酸塩化合物の単結晶に対して、Pr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を添加してセリウムと共付活することにより、特にセリウム低濃度側の蛍光出力及びエネルギー分解能を向上させることができ、セリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力及びエネルギー分解能の差を十分に低減することができる。   According to the single crystal for scintillator of the first aspect of the present invention, it has a configuration including the cerium activated orthosilicate compound represented by the general formula (1), so that the difference in fluorescence output between the low concentration side and the high concentration side is obtained. Can be sufficiently reduced. According to the single crystal for scintillator of the present invention, by adding at least one element selected from Pr, Tb and Tm to the single crystal of the cerium-activated orthosilicate compound and co-activating with cerium In particular, the fluorescence output and energy resolution on the cerium low concentration side can be improved, and the difference in fluorescence output and energy resolution between the cerium low concentration side and the high concentration side can be sufficiently reduced.

第1の発明のシンチレータ用単結晶において、上記LnはGdであり、上記aは0を超え1未満の値を示し、上記LmはTb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素であることがより好ましい。一方、Prはその濃度が適量よりも高い場合には、Gdと相互作用して蛍光波長がやや短波長側に検出されるため、シンチレータ用単結晶として、蛍光出力やエネルギー分解能の向上度合いが低下する傾向がある。   In the scintillator single crystal of the first invention, the Ln is Gd, the a is greater than 0 and less than 1, and the Lm is at least one element selected from Tb and Tm. preferable. On the other hand, when the concentration of Pr is higher than an appropriate amount, the fluorescence wavelength is detected on the short wavelength side by interacting with Gd, so that the degree of improvement in fluorescence output and energy resolution is reduced as a scintillator single crystal. Tend to.

第1の発明のシンチレータ用単結晶において、上記LnはYであり、上記aは0を超え1未満の値を示すことが好ましい。LnがYであると、母体構造LSOの結晶構造の歪みが小さいため、蛍光出力やエネルギー分解能を向上させることができる。   In the single crystal for a scintillator according to the first aspect of the present invention, the Ln is Y, and the value a is preferably greater than 0 and less than 1. When Ln is Y, since the distortion of the crystal structure of the host structure LSO is small, fluorescence output and energy resolution can be improved.

第1の発明のシンチレータ用単結晶において、上記LnはYであり、上記aは0を超え0.2以下の値を示し、上記xは1.6を超え2未満の値を示すことが好ましい。LnがYであり、且つ、a及びxの値が上記範囲であると、母体構造LSOの結晶構造の歪みが小さいため、蛍光出力やエネルギー分解能を向上させることができる。   In the single crystal for a scintillator according to the first aspect of the invention, the Ln is Y, the a is preferably greater than 0 and less than or equal to 0.2, and the x is preferably greater than 1.6 and less than 2. . When Ln is Y and the values of a and x are in the above ranges, the distortion of the crystal structure of the host structure LSO is small, so that the fluorescence output and energy resolution can be improved.

第1の発明のシンチレータ用単結晶は、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、上記単結晶の全質量を基準として0.00005〜0.1質量%含有することが好ましい。この場合、酸素欠陥起因によると思われる蛍光特性の低下やばらつきが低減され、それによって単結晶の蛍光特性が向上すると共に、蛍光出力のバックグラウンドとなる結晶欠陥起因の残光(Afterglow)が低減する。   The single crystal for scintillator according to the first aspect of the present invention includes at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table, from 0.00005 to 0.1 mass based on the total mass of the single crystal. % Content is preferable. In this case, a decrease or variation in fluorescence characteristics that may be caused by oxygen defects is reduced, thereby improving the fluorescence characteristics of the single crystal and reducing afterglow caused by crystal defects that become the background of fluorescence output. To do.

第1の発明のシンチレータ用単結晶は、周期表13族(IIIb族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、前記単結晶の全質量を基準として0.00005〜0.1質量%含有することが好ましい。この場合、単結晶の蛍光特性が向上すると共に、蛍光出力のバックグラウンドとなる結晶欠陥起因の残光(Afterglow)が低減する効果がより顕著となる。更に、上記周期表2族に属する元素から選ばれる1種以上の添加元素と同時に存在することによって、より高い効果を得ることができる。   The single crystal for scintillator according to the first aspect of the present invention comprises at least one additive element selected from elements belonging to Group 13 (Group IIIb) of the periodic table, and 0.00005 to 0.1 mass based on the total mass of the single crystal. % Content is preferable. In this case, the fluorescence characteristics of the single crystal are improved, and the effect of reducing afterglow due to crystal defects that becomes the background of the fluorescence output becomes more remarkable. Furthermore, a higher effect can be obtained by being present simultaneously with one or more additive elements selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table.

また、第1の発明は、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法であって、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて育成した単結晶体を、酸素を含む雰囲気中で700〜1500℃の温度で熱処理する、熱処理方法を提供する。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
Moreover, 1st invention is the heat processing method for manufacturing the single crystal for scintillators, Comprising: The element of the scintillator single crystal containing the cerium activated orthosilicate compound represented by following General formula (1) is shown. Provided is a heat treatment method in which a single crystal grown using a contained raw material is heat treated at a temperature of 700 to 1500 ° C. in an atmosphere containing oxygen.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)

本熱処理方法によれば、元素間の偏析現象による単結晶(単結晶インゴット)内の元素分布のばらつきを低減し、また、酸素欠陥起因と思われる残光特性や特性劣化を軽減し、それによってセリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができるシンチレータ用単結晶を提供することができる。また、本熱処理方法によれば、特に減衰時間の短いセリウム低濃度側の蛍光出力及びエネルギー分解能が向上したシンチレータ用単結晶を提供することができる。   According to this heat treatment method, variation in element distribution in a single crystal (single crystal ingot) due to segregation between elements is reduced, and afterglow characteristics and characteristic deterioration that may be caused by oxygen defects are reduced. It is possible to provide a scintillator single crystal capable of sufficiently reducing the difference in fluorescence output between the low concentration side and the high concentration side of cerium. In addition, according to the present heat treatment method, it is possible to provide a scintillator single crystal in which the fluorescence output and energy resolution on the cerium low concentration side with a particularly short decay time are improved.

また、第1の発明は、シンチレータ用単結晶の製造方法であって、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程と、上記単結晶体を、酸素を含む雰囲気中で700〜1500℃の温度で熱処理する工程とを備える、シンチレータ用単結晶の製造方法を提供する。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
Moreover, 1st invention is a manufacturing method of the single crystal for scintillators, Comprising: The raw material containing the constituent element of the single crystal for scintillators containing the cerium activated orthosilicate compound represented by following General formula (1) A method for producing a scintillator single crystal, comprising the steps of preparing and growing a single crystal by the Czochralski method and heat-treating the single crystal at a temperature of 700 to 1500 ° C. in an atmosphere containing oxygen I will provide a.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)

本製造方法によれば、元素間の偏析現象による結晶育成時の不具合やクラックを低減し、蛍光特性を向上させるだけでなく、酸素欠陥起因と思われる残光特性や特性劣化を軽減し、セリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができるシンチレータ用単結晶の製造方法を提供することができる。また、本製造方法によれば、特に減衰時間の短いセリウム低濃度側の蛍光出力及びエネルギー分解能が向上したシンチレータ用単結晶の製造方法を提供することができる。   This manufacturing method not only reduces defects and cracks during crystal growth due to segregation between elements, improves fluorescence characteristics, but also reduces afterglow characteristics and characteristic degradation that may be caused by oxygen defects. It is possible to provide a method for producing a scintillator single crystal capable of sufficiently reducing the difference in fluorescence output between the low concentration side and the high concentration side. Moreover, according to this manufacturing method, the manufacturing method of the single crystal for scintillators which the fluorescence output and energy resolution of the cerium low concentration side with especially short decay time improved can be provided.

第2の発明は、下記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶であって、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、上記単結晶の全質量を基準として0.00005〜0.1質量%含有し、蛍光波長420nmにおける、励起波長304nmでの蛍光強度に対する励起波長364nmでの蛍光強度の比(364nm/304nm)が3未満であるシンチレータ用単結晶を提供する。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(2)
(一般式(2)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0.01を超え0.03以下の値を示し、zは0以上0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
A second invention is a scintillator single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (2), and is at least one selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table The additive element is contained in an amount of 0.00005 to 0.1% by mass based on the total mass of the single crystal, and the ratio of the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 364 nm to the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 304 nm (364 nm) at the fluorescence wavelength of 420 nm. A single crystal for a scintillator having a / 304 nm) of less than 3.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (2)
(In general formula (2), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value of more than 1 and less than 2, y represents a value of more than 0.01 and 0.03 or less, and z is 0 or more and 0.01 (The following values are shown, where a + x + y + z is 2 or less.)

第2の発明のシンチレータ用単結晶によれば、上記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含む構成を有することにより、組み合わせる二種類のシンチレータの蛍光減衰時間差を10ns以上とすることを容易にする程度に長い蛍光減衰時間を得ることができる。   According to the single crystal for scintillator of the second aspect of the invention, having a configuration including the cerium activated orthosilicate compound represented by the general formula (2), the difference in fluorescence decay time between two types of scintillators to be combined is 10 ns or more. It is possible to obtain a fluorescence decay time that is long enough to facilitate the above.

また、第2の発明は、シンチレータ用単結晶の製造方法であって、下記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程を備える、シンチレータ用単結晶の製造方法を提供する。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(2)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0.01を超え0.03以下の値を示し、zは0以上0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
The second invention is a method for producing a scintillator single crystal, comprising a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (2): Provided is a method for producing a scintillator single crystal, comprising the steps of preparing and growing a single crystal by the Czochralski method.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (2)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value of more than 1 and less than 2, y represents a value of more than 0.01 and 0.03 or less, and z is 0 or more and 0.01 (The following values are shown, where a + x + y + z is 2 or less.)

本製造方法によれば、組み合わせる二種類のシンチレータの蛍光減衰時間差を10ns以上とすることを容易にする程度に蛍光減衰時間の長いシンチレータ用単結晶を製造することができる。   According to this production method, it is possible to produce a scintillator single crystal having a long fluorescence decay time to such an extent that the difference in fluorescence decay time between two types of scintillators to be combined is easily set to 10 ns or more.

第1の発明によれば、セリウム濃度低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができるシンチレータ用単結晶を提供することができる。また、第1の発明により、特に減衰時間の短いセリウム低濃度側の蛍光出力及びエネルギー分解能が向上したシンチレータ用単結晶を提供することができる。また、第1の発明によれば、セリウム低濃度側と高濃度側の蛍光出力差を十分に低減することができるシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及び当該シンチレータ用単結晶の製造方法を提供することができる。   According to the first invention, it is possible to provide a scintillator single crystal that can sufficiently reduce the difference in fluorescence output between the low concentration side and the high concentration side. In addition, according to the first invention, it is possible to provide a scintillator single crystal with improved fluorescence output and energy resolution particularly on the cerium low concentration side with a short decay time. In addition, according to the first invention, a heat treatment method for producing a scintillator single crystal capable of sufficiently reducing the difference in fluorescence output between the cerium low concentration side and the high concentration side, and production of the scintillator single crystal A method can be provided.

第2の発明によれば、組み合わせる二種類のシンチレータの蛍光減衰時間差を10ns以上とすることを容易にする程度に蛍光減衰時間の長いシンチレータ用単結晶及びその製造方法を提供することができる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a scintillator single crystal having a long fluorescence decay time and a method for manufacturing the same so that the difference in fluorescence decay time between the two types of scintillators to be combined is easily set to 10 ns or more.

第1及び第2の発明のシンチレータ用単結晶の育成に使用される育成装置の基本構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the basic composition of the growth apparatus used for the growth of the single crystal for scintillators of the 1st and 2nd invention. 実施例及び比較例で得られたシンチレータ用単結晶の、励起波長364nmにおける蛍光スペクトルである。各スペクトルは、最大出力値を1として表示している。It is a fluorescence spectrum in the excitation wavelength of 364 nm of the single crystal for scintillators obtained by the Example and the comparative example. Each spectrum is displayed with a maximum output value of 1. 実施例及び比較例で得られたシンチレータ用単結晶の、蛍光波長420nmにおける励起波長スペクトルである。It is an excitation wavelength spectrum in the fluorescence wavelength 420nm of the single crystal for scintillators obtained by the Example and the comparative example.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の記載中、第1の発明の好適な実施形態の一つを「第1の実施形態」、第2の発明の好適な実施形態の一つを「第2の実施形態」と呼ぶ。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description, one of the preferred embodiments of the first invention is referred to as “first embodiment”, and one of the preferred embodiments of the second invention is referred to as “second embodiment”. .

第1の実施形態のシンチレータ用単結晶は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含む。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
The scintillator single crystal of the first embodiment includes a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1).
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)

ここで、上記一般式(1)中のa+x+y+zの値が2である場合、上記一般式(1)は下記一般式(3)で表される。
Ln2−(x+y+z)LuCeLmSiO ……(3)
(一般式(3)中、LnはPr、Tb及びTmを除く、Luを含むランタノイド系元素並びにSc及びYから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、x+y+zの値は2以下である。)
Here, when the value of a + x + y + z in the general formula (1) is 2, the general formula (1) is represented by the following general formula (3).
Ln 2- (x + y + z ) Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (3)
(In General Formula (3), Ln represents a lanthanoid element including Lu, excluding Pr, Tb and Tm, and at least one element selected from Sc and Y, and Lm is at least selected from Pr, Tb and Tm. 1 represents one element, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, where x + y + z Is less than or equal to 2.)

上記一般式(3)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶においては、上記一般式(3)中のx、y、zがそれぞれ上記の範囲内であるため、室温で蛍光減衰時間の短い蛍光出力を得ることができる。   In the scintillator single crystal containing the cerium-activated orthosilicate compound represented by the general formula (3), since x, y and z in the general formula (3) are within the above ranges, Thus, a fluorescence output with a short fluorescence decay time can be obtained.

一般式(3)において、xの値はできるだけ大きいほうが、結晶が高密度化し、かつ室温で高い蛍光出力が得られる。そのため、xの値は、1を超え2未満であることが必要であり、1.2以上2未満であることが好ましく、1.4以上2未満であることがより好ましく、1.6以上2未満であることが更に好ましい。   In general formula (3), the larger the value of x, the higher the density of crystals and the higher the fluorescence output at room temperature. Therefore, the value of x needs to be more than 1 and less than 2, preferably 1.2 or more and less than 2, more preferably 1.4 or more and less than 2, more preferably 1.6 or more and 2 More preferably, it is less than.

一般式(3)において、yの値は、0を超え0.01以下であることが必要であり、0.00005以上で0.01以下であることが好ましく、0.0001以上で0.01以下であることがより好ましく、0.0002以上で0.005以下であることが更に好ましく、0.0005以上で0.003以下であることが最も好ましい。yが0であると充分な蛍光出力が得られず、また、0.01を超えると育成後の酸素を含む熱処理工程で結晶の着色が顕著になり蛍光出力の低下が問題になる。   In the general formula (3), the value of y needs to be more than 0 and 0.01 or less, preferably 0.00005 or more and 0.01 or less, and 0.0001 or more and 0.01 or less. Is more preferably 0.0002 or more and 0.005 or less, and most preferably 0.0005 or more and 0.003 or less. If y is 0, sufficient fluorescence output cannot be obtained, and if it exceeds 0.01, crystal coloring becomes remarkable in the heat treatment step including oxygen after growth, which causes a problem of reduction in fluorescence output.

一般式(3)において、zの値は、0を超え0.01以下であることが必要であり、0を超え0.01未満であることが好ましく、0.0001以上で0.005以下であることがより好ましく、0.0001以上で0.004以下であることが更に好ましく、0.0002以上で0.001以下であることが最も好ましい。zが0であると蛍光出力が低下し、また、0.01を超えると結晶の着色が顕著になり蛍光出力の低下や結晶の歪によるクラック発生が問題になる。   In the general formula (3), the value of z needs to be greater than 0 and less than or equal to 0.01, preferably greater than 0 and less than 0.01, and is 0.0001 or more and 0.005 or less. More preferably, it is 0.0001 or more and 0.004 or less, and most preferably 0.0002 or more and 0.001 or less. If z is 0, the fluorescence output is reduced, and if it exceeds 0.01, the coloration of the crystal becomes remarkable, and the reduction of the fluorescence output and the occurrence of cracks due to crystal distortion become a problem.

一方、上記一般式(1)中のa+x+y+zの値が2未満である場合、Gdが必須の元素となる。この場合も、シンチレータ用単結晶は、上記一般式(1)中のa、x、y、zがそれぞれ上記の範囲内であるため、室温で蛍光減衰時間の短い蛍光出力を得ることができる。   On the other hand, when the value of a + x + y + z in the general formula (1) is less than 2, Gd is an essential element. Also in this case, since the single crystal for scintillator has a, x, y, and z in the above general formula (1) within the above ranges, a fluorescence output with a short fluorescence decay time can be obtained at room temperature.

a+x+y+zの値が2未満である場合、一般式(1)中のaは0以上0.5以下であることが好ましく、0を超え0.5以下であることがより好ましく、0を超え0.4以下であることが更に好ましく、0を超え0.2以下であることが特に好ましく、0.05を超え0.2以下であることが最も好ましい。aが0.5を超えると結晶構造に歪みを起こし、結晶内へのクラックの発生が増大する傾向がある。また、aが0であると、Gdの偏析を抑制することが困難となり、蛍光特性の低下の原因となる場合がある。   When the value of a + x + y + z is less than 2, a in general formula (1) is preferably 0 or more and 0.5 or less, more preferably more than 0 and 0.5 or less, more than 0 and more than 0. It is more preferably 4 or less, particularly preferably more than 0 and 0.2 or less, and most preferably more than 0.05 and 0.2 or less. When a exceeds 0.5, the crystal structure is distorted, and the occurrence of cracks in the crystal tends to increase. Further, when a is 0, it is difficult to suppress Gd segregation, which may cause a decrease in fluorescence characteristics.

また、上記一般式(1)中のx、y、zの値の好ましい範囲は、上記一般式(3)中のx、y、zの値の好ましい範囲とそれぞれ同一である。   Moreover, the preferable range of the value of x, y, z in the said General formula (1) is respectively the same as the preferable range of the value of x, y, z in the said General formula (3).

第2の実施形態のシンチレータ用単結晶は、下記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含む。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(2)
(一般式(2)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0.01を超え0.03以下の値を示し、zは0以上0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
The scintillator single crystal of the second embodiment includes a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (2).
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (2)
(In general formula (2), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value of more than 1 and less than 2, y represents a value of more than 0.01 and 0.03 or less, and z is 0 or more and 0.01 (The following values are shown, where a + x + y + z is 2 or less.)

上記一般式(2)で表されるシンチレータ用単結晶においては、上記一般式(2)中のa、x、y、zがそれぞれ上記の範囲内であるため、室温での蛍光特性が優れ、特にアバランシェ・フォトダイオードなどの500nm以上の長波長光に対する感度が優れる半導体検出器との組合せでの優れた特性を得ることができる。   In the scintillator single crystal represented by the general formula (2), a, x, y, and z in the general formula (2) are within the above ranges, respectively, so that the fluorescence property at room temperature is excellent, In particular, it is possible to obtain excellent characteristics in combination with a semiconductor detector such as an avalanche photodiode that has excellent sensitivity to light having a long wavelength of 500 nm or longer.

一般式(2)において、yの値は、0.01を超え0.03以下であることが必要であり、0.01を超え0.03未満であることが好ましく、0.01を超え0.025以下であることがより好ましく、0.012以上で0.02以下であることが更に好ましく、0.012以上で0.018以下であることが最も好ましい。yが0.01以下であると500nm以上の蛍光波長に対する感度に優れる半導体検出器で充分な蛍光出力が得られず、また、0.03を超えると育成後の結晶の着色が顕著になり蛍光出力が低下したり、結晶の割れが増加するという問題が発生する。   In the general formula (2), the value of y needs to be more than 0.01 and 0.03 or less, preferably more than 0.01 and less than 0.03, more than 0.01 and less than 0. Is more preferably 0.012 or more and 0.02 or less, and most preferably 0.012 or more and 0.018 or less. If y is 0.01 or less, a sufficient fluorescence output cannot be obtained with a semiconductor detector excellent in sensitivity to a fluorescence wavelength of 500 nm or more, and if it exceeds 0.03, coloration of crystals after growth becomes remarkable. There arises a problem that the output is reduced and the number of crystal cracks is increased.

一般式(2)において、zの値は、0以上0.01以下であることが必要であり、0以上で0.01未満であることが好ましく、0.0001以上で0.005以下であることがより好ましく、0.0001以上で0.004以下であることが更に好ましく、0.0001以上で0.001以下であることが最も好ましい。zが0であっても蛍光出力がほぼ最大となる蛍光波長420nmにおける、励起波長304nmでの蛍光強度に対する励起波長364nmでの蛍光強度の比(364nm/304nm)が3未満であれば蛍光出力に問題はなく、0.01を超えると結晶の着色が顕著になり蛍光出力の低下や結晶の歪によるクラック発生が問題になる。   In the general formula (2), the value of z needs to be 0 or more and 0.01 or less, preferably 0 or more and less than 0.01, and 0.0001 or more and 0.005 or less. Is more preferably 0.0001 or more and 0.004 or less, and most preferably 0.0001 or more and 0.001 or less. If the ratio of the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 364 nm to the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 304 nm (364 nm / 304 nm) is less than 3 at the fluorescence wavelength of 420 nm where the fluorescence output is almost the maximum even when z is 0, the fluorescence output is obtained. There is no problem, and if it exceeds 0.01, the coloration of the crystal becomes remarkable, and the decrease in fluorescence output and the occurrence of cracks due to crystal distortion become a problem.

また、上記一般式(2)中のa及びxの値の好ましい範囲は、上記一般式(1)の場合と同様の理由から、上記一般式(1)中のa及びxの値の好ましい範囲とそれぞれ同一である。   Moreover, the preferable range of the value of a and x in the said General formula (2) is the preferable range of the value of a and x in the said General formula (1) from the reason similar to the case of the said General formula (1). Are the same.

上記一般式(1)、(2)及び(3)において、Lnとしては、Pr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素が選ばれる。より好ましくは、イオン半径がDyよりも大きくLu以下であるランタノイド系元素並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素が選ばれる。母体構造がLGSOの場合では、Gdの偏析の影響で、インゴット下部がにごり、蛍光特性が低下してしまう傾向があるが、イオン半径がLuに比較的近いもしくはLuよりも小さいランタノイド系元素並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することで、Gdの偏析が抑制され、インゴット下部のにごりが解消され、蛍光特性低下が抑制される。これらの含有元素の中でも、結晶中に多く存在しても単結晶成長が比較的容易な点でSc、Y、Ybがより好ましく、蛍光特性を劣化させずに効果が得られ、蛍光特性を向上させることができる点で、Yが最も好ましい。   In the general formulas (1), (2) and (3), Ln is a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm, and at least one element selected from Sc and Y. More preferably, a lanthanoid element having an ionic radius larger than Dy and not more than Lu, and at least one element selected from Sc and Y are selected. When the matrix structure is LGSO, the lower part of the ingot is obscured due to the influence of segregation of Gd, and the fluorescence characteristics tend to deteriorate. However, the lanthanoid elements and Sc that are relatively close to Lu or smaller than Lu are used. By containing at least one element selected from Y, the segregation of Gd is suppressed, the dust at the lower part of the ingot is eliminated, and the deterioration of the fluorescence characteristics is suppressed. Among these contained elements, Sc, Y, and Yb are more preferable because single crystal growth is relatively easy even if they are present in a large amount in the crystal, and an effect can be obtained without deteriorating the fluorescence characteristics, thereby improving the fluorescence characteristics. Y is most preferable in that it can be made to occur.

第1の実施形態のシンチレータ用単結晶は、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を含有することが好ましい。これにより、酸素欠陥に起因すると思われる蛍光特性の低下やばらつきを低減し、結晶欠陥起因の蛍光出力のバックグラウンド(残光:Afterglow)を低減することができる。この添加元素の含有量は、上記の効果がより十分に得られることから、シンチレータ用単結晶の全質量を基準として、0.00005〜0.1質量%であることが好ましく、0.005〜0.02質量%であることがより好ましい。含有する元素としては、上記の効果がより十分に得られることから、周期表2族(IIa族)に属する元素の中でもCa、Mgから選ばれる1種以上の元素が好ましい。   The scintillator single crystal of the first embodiment preferably contains at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table. As a result, it is possible to reduce a decrease or variation in fluorescence characteristics that may be caused by oxygen defects, and it is possible to reduce the background (afterglow) of fluorescence output caused by crystal defects. The content of this additive element is preferably 0.00005 to 0.1% by mass, based on the total mass of the scintillator single crystal, since the above effect can be obtained more sufficiently. It is more preferable that it is 0.02 mass%. As the element to be contained, one or more elements selected from Ca and Mg are preferable among the elements belonging to Group 2 (IIa group) of the periodic table because the above-described effects can be more sufficiently obtained.

第2の実施形態のシンチレータ用単結晶は、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、シンチレータ用単結晶の全質量を基準として、0.00005〜0.1質量%含有する。これにより、酸素欠陥に起因すると思われる蛍光特性の低下やばらつきを低減し、結晶欠陥起因の蛍光出力のバックグラウンド(残光:Afterglow)を低減することができる。また、周期表2族(IIa族)に属する元素を含有する効果として、結晶育成中の育成雰囲気中の微量酸素によるCeの価数変化(Ce3+⇒Ce4+)による結晶の着色や蛍光出力の低下を抑制することができる。この効果は、Ce濃度が高濃度の場合に顕著になる傾向があり、Ceの価数変化(Ce3+⇒Ce4+)は、酸素欠陥と類似した結晶欠陥を形成することも判明したので、蛍光出力のバックグラウンド(残光:Afterglow)を更に低減する効果が得られる。この添加元素の含有量は、上記の効果がより十分に得られることから、シンチレータ用単結晶の全質量を基準として、0.00005〜0.1質量%であることが必要であり、0.005〜0.02質量%であることが好ましい。含有する元素としては、上記の効果がより十分に得られることから、周期表2族(IIa族)に属する元素の中でもCa、Mgから選ばれる1種以上の元素が好ましい。 The single crystal for scintillator according to the second embodiment has at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (IIa group) of the periodic table, based on the total mass of the scintillator single crystal, 0.00005-0. .1% by mass is contained. As a result, it is possible to reduce a decrease or variation in fluorescence characteristics that may be caused by oxygen defects, and it is possible to reduce the background (afterglow) of fluorescence output caused by crystal defects. In addition, as an effect of containing an element belonging to Group 2 (IIa group) of the periodic table, crystal coloring and fluorescence output due to a change in Ce valence (Ce 3+ ⇒ Ce 4+ ) due to a trace amount of oxygen in the growth atmosphere during crystal growth The decrease can be suppressed. This effect tends to become prominent when the Ce concentration is high, and it has also been found that the valence change of Ce (Ce 3+ ⇒ Ce 4+ ) forms crystal defects similar to oxygen defects. An effect of further reducing the output background (afterglow) can be obtained. The content of the additive element needs to be 0.00005 to 0.1% by mass, based on the total mass of the scintillator single crystal, since the above effect can be obtained more sufficiently. It is preferable that it is 005-0.02 mass%. As the element to be contained, one or more elements selected from Ca and Mg are preferable among the elements belonging to Group 2 (IIa group) of the periodic table because the above-described effects can be more sufficiently obtained.

また、第1及び第2の実施形態のシンチレータ用単結晶は、周期表13族(IIIb族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を含有することが好ましい。これにより、結晶欠陥に起因すると思われる蛍光出力のバックグラウンド(残光:Afterglow)を低減する効果が更に顕著となる。この添加元素の含有量は、上記の効果がより十分に得られることから、シンチレータ用単結晶の全質量を基準として、0.00005〜0.1質量%であることが好ましく、0.005〜0.02質量%であることがより好ましい。また、当該添加元素を、上述した周期表2族(IIa族)に属する元素のうちCa、Mgから選ばれる1種以上の添加元素と同時に存在させることによって、より高い効果が得られることがある。含有する元素としては、上記の効果がより十分に得られることから、周期表13族(IIIb族)に属する元素の中でもAl、Ga、Inから選ばれる1種以上の元素が好ましい。   In addition, the scintillator single crystals of the first and second embodiments preferably contain at least one additive element selected from elements belonging to Group 13 (IIIb group) of the periodic table. As a result, the effect of reducing the background (afterglow) of the fluorescence output that seems to be caused by crystal defects becomes even more remarkable. The content of this additive element is preferably 0.00005 to 0.1% by mass, based on the total mass of the scintillator single crystal, since the above effect can be obtained more sufficiently. It is more preferable that it is 0.02 mass%. Further, when the additive element is present at the same time as one or more additive elements selected from Ca and Mg among the elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table, a higher effect may be obtained. . As the element to be contained, one or more elements selected from Al, Ga, and In are preferable among the elements belonging to Group 13 (Group IIIb) of the periodic table because the above-described effects can be more sufficiently obtained.

更に、第1及び第2の実施形態のシンチレータ用単結晶においては、それぞれ周期表4、5、6族及び14、15、16族に属する元素から選ばれる1種以上の元素の合計の濃度を、第1又は第2の実施形態のシンチレータ用単結晶の全質量を基準として、0.002重量%以下とすることが好ましい。これにより、蛍光特性の劣化を抑制することができる。   Further, in the scintillator single crystals of the first and second embodiments, the total concentration of one or more elements selected from elements belonging to Groups 4, 5, 6 and 14, 15, 16 of the periodic table is set. The total mass of the scintillator single crystal of the first or second embodiment is preferably 0.002% by weight or less. Thereby, deterioration of fluorescence characteristics can be suppressed.

第1の実施形態の上記一般式(1)及び(3)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶は、蛍光出力がほぼ最大となる蛍光波長420nmにおける、励起波長304nmでの蛍光強度に対する励起波長364nmでの蛍光強度の比(364nm/304nm)が10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、30以上であることが最も好ましい。これにより、高い蛍光出力を保ったまま、蛍光減衰時間を更に高速化する効果が得られる。   The scintillator single crystal containing the cerium-activated orthosilicate compound represented by the above general formulas (1) and (3) of the first embodiment has an excitation wavelength of 304 nm at a fluorescence wavelength of 420 nm at which the fluorescence output is substantially maximum. The ratio of the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 364 nm to the fluorescence intensity at 364 nm (364 nm / 304 nm) is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, and most preferably 30 or more. Thereby, the effect of further speeding up the fluorescence decay time can be obtained while maintaining a high fluorescence output.

一方、第2の実施形態の上記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶は、蛍光出力がほぼ最大となる蛍光波長420nmにおける、励起波長304nmでの蛍光強度に対する励起波長364nmでの蛍光強度の比(364nm/304nm)が3未満であり、2未満であることが好ましい。これにより、蛍光減衰時間は、若干遅くなるが、蛍光波長のうち500nm付近の長波長成分が増加して、アバランシェ・フォトダイオードなどの500nm以上に最高感度を有する半導体光検出器のエネルギー変換効率を向上することができる。   On the other hand, the scintillator single crystal containing the cerium-activated orthosilicate compound represented by the general formula (2) of the second embodiment has an excitation wavelength of 304 nm at a fluorescence wavelength of 420 nm at which the fluorescence output is almost maximum. The ratio of the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 364 nm to the fluorescence intensity (364 nm / 304 nm) is less than 3, and preferably less than 2. As a result, although the fluorescence decay time is slightly delayed, the long wavelength component in the vicinity of 500 nm of the fluorescence wavelength increases, and the energy conversion efficiency of the semiconductor photodetector having the highest sensitivity above 500 nm such as an avalanche photodiode is increased. Can be improved.

また、第1の実施形態のシンチレータ用単結晶は、上記一般式(1)及び(3)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて育成した単結晶体を、酸素を含む雰囲気中で加熱する工程(以下、「熱処理工程」という。)を経て製造されたものであることが好ましい。上記熱処理工程を経ることにより、上述の酸素欠損の発生による蛍光出力のばらつきを低減することができる。すなわち、酸素を含む雰囲気中において、より低温側で単結晶体を加熱処理することにより、3価のセリウムイオンを4価に変化させることなく、酸素欠損を十分に低減することができる。その結果、このような熱処理方法を経た単結晶は、蛍光出力を低下させることなくバックグラウンド(残光:Afterglow)が低減され、蛍光出力のばらつきを抑制することができるので、より良好な蛍光特性を実現することが可能となる。   Moreover, the scintillator single crystal of the first embodiment uses a raw material containing the constituent elements of the scintillator single crystal including the cerium-activated orthosilicate compound represented by the general formulas (1) and (3). The single crystal grown in this manner is preferably manufactured through a process of heating in an oxygen-containing atmosphere (hereinafter referred to as “heat treatment process”). By passing through the heat treatment step, variation in fluorescence output due to the occurrence of oxygen vacancies can be reduced. That is, oxygen deficiency can be sufficiently reduced without changing the trivalent cerium ion to tetravalent by heat-treating the single crystal at a lower temperature in an atmosphere containing oxygen. As a result, the single crystal that has undergone such a heat treatment method has a more excellent fluorescence characteristic because the background (afterglow) is reduced without lowering the fluorescence output and the variation in fluorescence output can be suppressed. Can be realized.

酸素を含む雰囲気は、酸素濃度が1体積%以上100体積%以下であり、窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気(例えば大気雰囲気)であることが好ましい。その中でも、酸素濃度が30体積%以上である雰囲気がより好ましく、酸素濃度が50体積%以上である雰囲気が特に好ましい。酸素濃度が1体積%未満では、酸素分圧が低く、結晶中に酸素が拡散し難いために、第1の実施形態による上記効果が得られ難くなる。酸素濃度はより高い方が望ましいので、密閉炉を用いて一定流量で酸素を流通する方法も有効である。   The atmosphere containing oxygen preferably has an oxygen concentration of 1 volume% or more and 100 volume% or less, and is an atmosphere containing nitrogen or an inert gas (for example, an air atmosphere). Among them, an atmosphere having an oxygen concentration of 30% by volume or more is more preferable, and an atmosphere having an oxygen concentration of 50% by volume or more is particularly preferable. When the oxygen concentration is less than 1% by volume, the oxygen partial pressure is low, and oxygen hardly diffuses into the crystal, so that the above-described effect according to the first embodiment is hardly obtained. Since a higher oxygen concentration is desirable, a method of circulating oxygen at a constant flow rate using a closed furnace is also effective.

熱処理工程における単結晶体の加熱温度は、700℃〜1500℃であり、1000℃〜1300℃であると好ましい。加熱温度が700℃未満では第1の実施形態による上記効果が得られ難くなる傾向にあり、1500℃より高いとセリウムイオンが4価に変化しやすく、単結晶が着色する原因となり、蛍光出力を低下させてしまう要因となる。   The heating temperature of the single crystal in the heat treatment step is 700 ° C to 1500 ° C, and preferably 1000 ° C to 1300 ° C. If the heating temperature is less than 700 ° C., the above-described effect according to the first embodiment tends to be difficult to obtain. If the heating temperature is higher than 1500 ° C., the cerium ions are likely to change to tetravalent, causing the single crystal to be colored and It becomes a factor which makes it fall.

一般式(1)及び(3)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて育成した単結晶体に、上述した熱処理方法を適用することで、酸素欠損の発生を極力抑制し、バックグラウンド(残光:Afterglow)を小さくして、最大限に蛍光出力、エネルギー分解能の向上を図ることが可能である。   The above-mentioned heat treatment method is applied to a single crystal grown using a raw material containing a constituent element of a single crystal for scintillator including a cerium activated orthosilicate compound represented by the general formulas (1) and (3) Thus, it is possible to suppress the generation of oxygen vacancies as much as possible, reduce the background (afterglow), and maximize the fluorescence output and energy resolution.

これに対し、第2の実施形態のシンチレータ用単結晶の製造において、上記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて育成した単結晶体を、酸素を含む雰囲気中で加熱する工程を施した場合、3価のセリウムイオンが4価に変化してしまう作用が顕著になることによって、蛍光特性が劣化してしまうことがある。したがって、第2の実施形態には上記「熱処理工程」は適さない。   In contrast, in the production of the scintillator single crystal of the second embodiment, a raw material containing a constituent element of the scintillator single crystal containing the cerium-activated orthosilicate compound represented by the general formula (2) is used. When the single crystal grown in this way is heated in an oxygen-containing atmosphere, the action of changing trivalent cerium ions to tetravalent becomes prominent, thereby deteriorating fluorescence characteristics. Sometimes. Therefore, the “heat treatment step” is not suitable for the second embodiment.

次に、第1及び第2の実施形態のシンチレータ用単結晶の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of the manufacturing method of the scintillator single crystal of 1st and 2nd embodiment is demonstrated.

第1及び第2の実施形態のシンチレータ用単結晶の製造方法においては、まず、一般式(1)又は(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物の原料を所定の量論組成となるように混合し、るつぼに投入する。この単結晶を製造する場合の出発原料としては、一般式(1)で表されるプラセオジウム、テルビウム、ツリウムから選ばれる少なくとも1種とのセリウム付活オルト珪酸塩化合物の構成元素であるGd、Lu、Si、Pr、Tb、Tm、Ceの単独酸化物及び/又は複合酸化物が好適に用いられる。市販のものとしては、信越化学社製、スタンフォードマテリアル社製、多摩化学社製、日本イットリウム社製等の純度の高いものを用いると好ましい。   In the method for producing a scintillator single crystal according to the first and second embodiments, first, a raw material of the cerium-activated orthosilicate compound represented by the general formula (1) or (2) is given a predetermined stoichiometric composition. Mix the mixture into a crucible. As a starting material for producing this single crystal, Gd, Lu which are constituent elements of a cerium-activated orthosilicate compound with at least one selected from praseodymium, terbium and thulium represented by the general formula (1) Si, Pr, Tb, Tm, Ce single oxide and / or composite oxide is preferably used. As a commercially available product, it is preferable to use a product having high purity such as that manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Stanford Material Co., Ltd., Tama Chemical Co., Ltd., or Japan Yttrium Co.

また、上記の単結晶が周期表2族(IIa族)に属する元素、及び/又は、周期表13族(IIIb族)に属する元素を含有する場合、これらの添加元素を添加するタイミングとしては、結晶の育成前であれば特に限定されない。例えば、原料の秤量時に添加元素を添加混合してもよく、るつぼに原料を投入する際に周期表2族(IIa族)に属する元素、及び/又は、周期表13族(IIIb族)に属する元素を混合してもよい。また、添加元素は、育成された単結晶中に含まれていれば添加時の態様は特に限定されず、例えば酸化物や炭酸塩の状態で原料中に添加してもよい。   In addition, when the single crystal contains an element belonging to Group 2 of the periodic table (Group IIa) and / or an element belonging to Group 13 of the periodic table (Group IIIb), the timing of adding these additional elements is as follows: If it is before the growth of a crystal | crystallization, it will not specifically limit. For example, an additive element may be added and mixed when the raw material is weighed, and when the raw material is added to the crucible, it belongs to the periodic table group 2 (IIa group) and / or the periodic table group 13 (IIIb group). Elements may be mixed. Moreover, the aspect at the time of addition will not be specifically limited if an additive element is contained in the grown single crystal, For example, you may add in a raw material in the state of an oxide or carbonate.

次に、上記の原料が充填されたるつぼを加熱して原料を溶融させ(溶融工程)、続いて溶融液を冷却固化させて(冷却固化工程)、単結晶インゴットを得る。   Next, the crucible filled with the above raw material is heated to melt the raw material (melting step), and then the molten liquid is cooled and solidified (cooling and solidifying step) to obtain a single crystal ingot.

ここで、上記の溶融工程における溶融法はチョクラルスキー法を採用してもよく、他の方法を採用してもよい。チョクラルスキー法により溶融工程を行う場合、図1に示す構成を有する引き上げ装置10を用いて溶融工程及び冷却固化工程における作業を行なうことが好ましい。   Here, the Czochralski method may be adopted as the melting method in the above melting step, or another method may be adopted. When performing the melting step by the Czochralski method, it is preferable to perform operations in the melting step and the cooling and solidifying step using the pulling apparatus 10 having the configuration shown in FIG.

図1は、第1及び第2の実施形態に係る製造方法において、単結晶を育成するための育成装置の基本構成の一例を示す模式断面図である。図1に示す引き上げ装置10は、高周波誘導加熱炉14を有している。この高周波誘導加熱炉14は先に述べた溶融工程及び冷却固化工程における作業を連続的に行うためのものである。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a growth apparatus for growing a single crystal in the manufacturing methods according to the first and second embodiments. A pulling apparatus 10 shown in FIG. 1 has a high-frequency induction heating furnace 14. This high frequency induction heating furnace 14 is for continuously performing the operations in the melting step and the cooling and solidification step described above.

この高周波誘導加熱炉14は耐火性を有する側壁が筒状の有底容器であり、有底容器の形状自体は公知のチョクラルスキー法に基づく単結晶育成に使用されるものと同様である。この高周波誘導加熱炉14の底部の該側面には高周波誘導コイル15が巻回されている。そして、高周波誘導加熱炉14の内部の底面上には、るつぼ17(例えば、Ir製のるつぼ)が配置されている。このるつぼ17は、高周波誘導加熱ヒータを兼ねている。そして、るつぼ17中に、単結晶の原料を投入し、高周波誘導コイル15に高周波誘導をかけると、るつぼ17が加熱され、単結晶の構成材料からなる溶融液18(融液)が得られる。   The high-frequency induction heating furnace 14 is a bottomed container having a cylindrical side wall having fire resistance, and the shape of the bottomed container itself is the same as that used for single crystal growth based on the known Czochralski method. A high frequency induction coil 15 is wound around the side surface of the bottom of the high frequency induction heating furnace 14. A crucible 17 (for example, an Ir crucible) is disposed on the bottom surface inside the high-frequency induction heating furnace 14. This crucible 17 also serves as a high-frequency induction heater. When a single crystal raw material is put into the crucible 17 and high frequency induction is applied to the high frequency induction coil 15, the crucible 17 is heated to obtain a melt 18 (melt) made of a single crystal constituent material.

また、高周波誘導加熱炉14の底部中央には、高周波誘導加熱炉14の内部から外部へ貫通する開口部(図示せず)が設けられている。そして、この開口部を通じて、高周波誘導加熱炉14の外部からるつぼ支持棒16が挿入されており、るつぼ支持棒16の先端はるつぼ17の底部に接続されている。このるつぼ支持棒16を回転させることにより、高周波誘導加熱炉14中において、るつぼ17を回転させることができる。開口部とるつぼ支持棒16との間には、パッキン等によりシールされている。   In addition, an opening (not shown) penetrating from the inside of the high frequency induction heating furnace 14 to the outside is provided at the center of the bottom of the high frequency induction heating furnace 14. A crucible support bar 16 is inserted from the outside of the high-frequency induction heating furnace 14 through this opening, and the tip of the crucible support bar 16 is connected to the bottom of the crucible 17. By rotating the crucible support rod 16, the crucible 17 can be rotated in the high-frequency induction heating furnace 14. A space between the opening and the crucible support rod 16 is sealed with packing or the like.

次に、引き上げ装置10を用いたより具体的な製造方法について説明する。   Next, a more specific manufacturing method using the pulling device 10 will be described.

まず、溶融工程では、るつぼ17中に、単結晶の原料を投入し、高周波誘導コイル15に高周波誘導をかけることにより、単結晶の構成材料からなる溶融液18(融液)を得る。   First, in the melting step, a single crystal raw material is put into the crucible 17 and high frequency induction is applied to the high frequency induction coil 15 to obtain a melt 18 (melt) made of a single crystal constituent material.

次に、冷却固化工程において溶融液を冷却固化させることにより、円柱状の単結晶インゴット1を得る。より具体的には、後述する結晶育成工程と、冷却工程の2つの工程に分けて作業が進行する。   Next, the columnar single crystal ingot 1 is obtained by cooling and solidifying the melt in the cooling and solidifying step. More specifically, the work proceeds in two steps, a crystal growth step and a cooling step described later.

まず、結晶育成工程では、高周波誘導加熱炉14の上部から、種子結晶2を下部先端に固定した引き上げ棒12を溶融液18中に投入し、次いで、引き上げ棒12を引き上げながら、単結晶インゴット1を形成する。このとき、結晶育成工程では、ヒータ13の加熱出力を調節し、溶融液18から引き上げられる単結晶インゴット1を、その断面が所定の直径となるまで育成する。   First, in the crystal growth process, the pulling rod 12 with the seed crystal 2 fixed to the lower end is introduced into the melt 18 from the upper part of the high frequency induction heating furnace 14, and then the single crystal ingot 1 is lifted while pulling the pulling rod 12. Form. At this time, in the crystal growth step, the heating output of the heater 13 is adjusted, and the single crystal ingot 1 pulled up from the melt 18 is grown until the cross section has a predetermined diameter.

次に、冷却工程ではヒータの加熱出力を調節し、結晶育成工程後に得られる育成後の単結晶インゴットを冷却する。   Next, in the cooling step, the heating output of the heater is adjusted to cool the grown single crystal ingot obtained after the crystal growth step.

第1及び第2の実施形態に係る製造方法においては、結晶育成の雰囲気が0〜0.6体積%の範囲の酸素を含むことが好ましい。酸素濃度が0.6体積%を超える場合、着色等によって蛍光出力が低下することがある。また、イリジウムるつぼを用いた場合、イリジウムるつぼの酸化による蒸発ロスが問題となる。   In the manufacturing methods according to the first and second embodiments, it is preferable that the atmosphere for crystal growth contains oxygen in the range of 0 to 0.6% by volume. When the oxygen concentration exceeds 0.6% by volume, the fluorescence output may decrease due to coloring or the like. Further, when an iridium crucible is used, evaporation loss due to oxidation of the iridium crucible becomes a problem.

また、第1の実施形態に係る製造方法においては、単結晶を育成後あるいは育成・加工後に、酸素を含む雰囲気で熱処理する(熱処理工程)。熱処理による着色の減少等により、蛍光出力が増加する効果が得られる。熱処理温度としては、上記の効果が得られやすい700℃〜1500℃の温度を適用する。   In the manufacturing method according to the first embodiment, the single crystal is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere after the growth or after the growth / processing (heat treatment step). The effect of increasing the fluorescence output can be obtained due to the reduction of coloring due to the heat treatment. As the heat treatment temperature, a temperature of 700 ° C. to 1500 ° C. at which the above effect is easily obtained is applied.

この単結晶は、第1の実施形態に係る製造方法において、セリウム付活オルト珪酸塩化合物の単結晶に対して、プラセオジウム又はテルビウム又はツリウムを添加してセリウムとともに共付活して、好ましくは更に周期表2族(IIa族)に属する元素、及び/又は、周期表13族(IIIb族)に属する元素を含有することによって、蛍光出力及びエネルギー分解能が向上し、セリウム濃度の違いによる蛍光出力差が低減されたシンチレータとして用いることができる。これらの添加量はそれぞれ、製造されたシンチレータ用単結晶中の含有量が、上記第1の実施形態のシンチレータ用単結晶における含有量となるように調整する。   In the manufacturing method according to the first embodiment, this single crystal is co-activated with cerium by adding praseodymium, terbium, or thulium to the single crystal of the cerium-activated orthosilicate compound, preferably further By containing an element belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table and / or an element belonging to Group 13 (Group IIIb) of the periodic table, the fluorescence output and energy resolution are improved, and the difference in fluorescence output due to the difference in cerium concentration Can be used as a scintillator in which Each of these addition amounts is adjusted so that the content in the manufactured scintillator single crystal becomes the content in the scintillator single crystal of the first embodiment.

この単結晶は、第2の実施形態に係る製造方法において、セリウム付活オルト珪酸塩化合物の単結晶に対してプラセオジウム又はテルビウム又はツリウムを添加してセリウムとともに共付活することは必須ではないが、周期表2族(IIa族)に属する元素を添加することは必須である。これらの添加量はそれぞれ、製造されたシンチレータ用単結晶中の含有量が、上記第2の実施形態のシンチレータ用単結晶における含有量となるように調整する。   In the manufacturing method according to the second embodiment, it is not essential that the single crystal is co-activated with cerium by adding praseodymium, terbium, or thulium to the single crystal of the cerium-activated orthosilicate compound. It is essential to add an element belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table. Each of these addition amounts is adjusted so that the content in the manufactured scintillator single crystal becomes the content in the scintillator single crystal of the second embodiment.

したがって、この単結晶は、医学診断用ポジトロンCT(PET)用、宇宙線観察用、地下資源探索用等の放射線医学、物理学、生理学、化学、鉱物学、更に石油探査等の分野でガンマ線等の放射線に対する単結晶シンチレーション検知器(シンチレータ)に用いられるシンチレータ用単結晶として非常に有用であり、特に、減衰時間の異なるシンチレータを組み合わせる次世代高性能PETに効果的である。   Therefore, this single crystal is used for medical diagnosis positron CT (PET), cosmic ray observation, underground resource search, etc. for radiology, physics, physiology, chemistry, mineralogy, and oil exploration. It is very useful as a single crystal for a scintillator used in a single crystal scintillation detector (scintillator) for radiation of a large amount of radiation, and is particularly effective for next-generation high performance PET combining scintillators with different decay times.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

以下、実施例及び比較例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example at all.

[実施例1]
<単結晶の作製>
単結晶はチョクラルスキー法によって作製した。まず、出発原料としてLn2−(x+y+z)LuCeLmSiO(Ln=Lu、Lm=Pr、x=1.996、y=0.003、z=0.001)の化学量論組成になるように、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)、酸化プラセオジウム(Pr11、純度99.99質量%)を混合し、合計で500gの混合物を得た。またそれ以外に、炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)0.08748g(Caとして0.007質量%に相当)を秤量した。
[Example 1]
<Production of single crystal>
Single crystals were produced by the Czochralski method. First, the stoichiometry of Ln as a starting material 2- (x + y + z) Lu x Ce y Lm z SiO 5 (Ln = Lu, Lm = Pr, x = 1.996, y = 0.003, z = 0.001) So as to be a composition, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%), silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999 mass%), cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%), Praseodymium oxide (Pr 6 O 11 , purity 99.99% by mass) was mixed to obtain a mixture of 500 g in total. In addition, 0.087748 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99% by mass) (corresponding to 0.007% by mass as Ca) was weighed.

次に、得られた原料混合物500gと秤量した炭酸カルシウムとを、直径50mm、高さ50mm及び厚み1.5mmのイリジウム製るつぼの中に投入し、高周波誘導加熱炉で融点約2100℃まで加熱して融液を得た。なお、融点は電子式光高温計((株)チノー社製、パイロスタMODEL UR−U)により測定した。   Next, 500 g of the obtained raw material mixture and the weighed calcium carbonate were put into an iridium crucible having a diameter of 50 mm, a height of 50 mm and a thickness of 1.5 mm, and heated to a melting point of about 2100 ° C. in a high frequency induction heating furnace. The melt was obtained. In addition, melting | fusing point was measured with the electronic optical pyrometer (Chiano Co., Ltd. make, Pyrosta MODEL UR-U).

続いて、種子結晶を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を融液中に入れて種付けを行った。その後、結晶引き上げ速度1.5mm/hの速度で単結晶インゴットの肩部の引き上げを行い、直径25mm(φ)になった時点から、引き上げ速度1mm/hの速度で平行部の育成を開始し、所定の重量の結晶を育成した後、単結晶を融液から切り離し、冷却を開始した。結晶を育成する際には、育成炉内に4L/minのNを流し続けた。このとき、育成炉内の酸素濃度は0.02体積%未満であった。このようにして、結晶重量が280g、肩部の長さが30mm、平行部の長さが90mmの単結晶インゴットを得た。得られた単結晶インゴットについて、元素分析の結果から、Prの偏析係数0.36、Ceの偏析係数0.22及びCaの偏析係数0.15の結果を得た。偏析係数は、一般式(4)で表される。
Cs/Co=k(1−g)k−1 ……(4)
(Co:融液中の溶質濃度、Cs:結晶中の濃度、k:実効偏析係数、g:固化率)
Subsequently, seeding was performed by putting the tip of a pulling rod having a seed crystal fixed to the tip into the melt. Thereafter, the shoulder of the single crystal ingot was pulled up at a crystal pulling speed of 1.5 mm / h, and when the diameter became 25 mm (φ), the growth of the parallel part was started at a pulling speed of 1 mm / h. After growing a crystal having a predetermined weight, the single crystal was separated from the melt, and cooling was started. When growing the crystals, 4 L / min of N 2 was kept flowing in the growth furnace. At this time, the oxygen concentration in the growth furnace was less than 0.02% by volume. Thus, a single crystal ingot having a crystal weight of 280 g, a shoulder portion of 30 mm, and a parallel portion of 90 mm was obtained. About the obtained single crystal ingot, the result of the segregation coefficient of Pr 0.36, the segregation coefficient 0.22 of Ce, and the segregation coefficient 0.15 of Ca was obtained from the result of the elemental analysis. The segregation coefficient is represented by the general formula (4).
Cs / Co = k (1-g) k-1 (4)
(Co: solute concentration in the melt, Cs: concentration in the crystal, k: effective segregation coefficient, g: solidification rate)

こうして得られた単結晶インゴットの上部から、4×6×20mmのサンプルを切り出し、任意に5個の結晶サンプルを抜き出し、白金板の上にのせ、電気炉に投入した。大気雰囲気中で、約3〜4時間かけて電気炉内を昇温し、1200℃で12時間保持した後、約5〜8時間かけて室温まで冷却した。次に、上記結晶サンプルにリン酸を用いてケミカルエッチングを施し、結晶サンプルの全面を鏡面化した。これにより、実施例1のシンチレータ用単結晶を得た。 A sample of 4 × 6 × 20 mm 3 was cut out from the upper part of the single crystal ingot thus obtained, arbitrarily extracted five crystal samples, placed on a platinum plate, and put into an electric furnace. The temperature in the electric furnace was increased over about 3 to 4 hours in the air atmosphere, held at 1200 ° C. for 12 hours, and then cooled to room temperature over about 5 to 8 hours. Next, the crystal sample was subjected to chemical etching using phosphoric acid, and the entire surface of the crystal sample was mirror-finished. This obtained the single crystal for scintillators of Example 1.

<蛍光特性の測定>
4×6×20mmのシンチレータ用単結晶(各サンプル)の6つの面のうちの4mm×6mmの大きさを有する面の1つ(以下、「放射線入射面」という。)を除く残り5つの面に、反射材としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)テープを被覆した。次に、得られた各サンプルのPTFEテープを被覆していない上記放射線入射面を光電子増倍管(浜松ホトニクス社製、商品名「H7195」)のフォトマル面(光電変換面)に光学グリースを用いて固定した。次に、各サンプルに対して137Csを用いた662keVのガンマ線を照射し、各サンプルのエネルギースペクトルを測定し、各サンプルの蛍光出力とエネルギー分解能を評価した。エネルギースペクトルは光電子増倍管に1.45kVの電圧を印加した状態で、ダイノードからの信号を前置増幅器(ORTEC社製、商品名「113」)及び波形整形増幅器(ORTEC社製、商品名「570」)で増幅し、MCA(PGT社製、商品名「Quantum MCA4000」)で測定した。また、蛍光減衰時間は、光電子増倍管のアノードからの信号を入力インピーダンス50Ωでデジタルオシロスコープ(Tektronix社製、商品名「TDS5052」)に入力し、信号を10000回の平均をすることにより得られる蛍光減衰曲線から算出した。表1に、本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性(蛍光出力、エネルギー分解能、蛍光減衰時間)の測定結果を示した。
<Measurement of fluorescence characteristics>
The remaining five except for one of the four surfaces of the 4 × 6 × 20 mm 3 scintillator single crystal (each sample) having a size of 4 mm × 6 mm (hereinafter referred to as “radiation incident surface”). The surface was coated with polytetrafluoroethylene (PTFE) tape as a reflective material. Next, optical grease is applied to the photomultiplier surface (photoelectric conversion surface) of a photomultiplier tube (trade name “H7195”, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) on the radiation incident surface that is not coated with the PTFE tape of each sample obtained. Fixed. Next, each sample was irradiated with 662 keV gamma rays using 137 Cs, the energy spectrum of each sample was measured, and the fluorescence output and energy resolution of each sample were evaluated. The energy spectrum is obtained by applying a signal of 1.45 kV to the photomultiplier tube and converting the signal from the dynode into a preamplifier (ORTEC, product name “113”) and a waveform shaping amplifier (ORTEC, product name “ 570 ") and measured with MCA (trade name" Quantum MCA4000 "manufactured by PGT). The fluorescence decay time is obtained by inputting a signal from the anode of the photomultiplier tube to a digital oscilloscope (trade name “TDS5052”, manufactured by Tektronix) with an input impedance of 50Ω and averaging the signal 10,000 times. It was calculated from the fluorescence decay curve. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics (fluorescence output, energy resolution, fluorescence decay time) as an average value of each sample.

また、紫外線励起蛍光特性を、分光蛍光光度計(日立 F−4500)を用いて、励起波長200〜400nm、蛍光波長200〜700nm、いずれもサンプリング間隔4nm、スキャン速度1200nm/min、励起及び蛍光側スリット2.5nm及びPMT(フォトマル)電圧400Vの条件で測定した。蛍光出力がほぼ最大になる蛍光波長420nmにおける、主要な励起波長である304nmでの蛍光強度に対する、もう一つの主要な励起波長である364nmでの蛍光強度の比(364nm/304nm)を算出し、その値を表1に示した。   In addition, ultraviolet excitation fluorescence characteristics were measured using a spectrofluorometer (Hitachi F-4500), excitation wavelength 200 to 400 nm, fluorescence wavelength 200 to 700 nm, sampling interval 4 nm, scan speed 1200 nm / min, excitation and fluorescence side. The measurement was performed under the conditions of a slit of 2.5 nm and a PMT (photomal) voltage of 400 V. Calculate the ratio (364 nm / 304 nm) of the fluorescence intensity at 364 nm, which is the main excitation wavelength, to the fluorescence intensity at 304 nm, which is the main excitation wavelength, at a fluorescence wavelength of 420 nm where the fluorescence output is almost maximum, The values are shown in Table 1.

なお、波長420nmについての、励起波長スペクトルを図3に示す。図3中、D2が実施例1を示し、A2、B2、C2,E2及びF2は、それぞれ後述する実施例13、実施例14、実施例15、比較例4及び比較例7を示す。   In addition, the excitation wavelength spectrum about wavelength 420nm is shown in FIG. In FIG. 3, D2 indicates Example 1, and A2, B2, C2, E2, and F2 indicate Example 13, Example 14, Example 15, Comparative Example 4, and Comparative Example 7, which will be described later.

[実施例2]
出発原料として、酸化ルテチウム及び酸化セリウムの量を、x=1.996がx=1.9985となり、且つ、y=0.003がy=0.0005となるように調整したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Example 2]
Examples except that the amounts of lutetium oxide and cerium oxide as starting materials were adjusted so that x = 1.996 was x = 1.985 and y = 0.003 was y = 0.0005 In the same manner as in Example 1, a scintillator single crystal of Example 2 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例3]
出発原料として、酸化プラセオジウム(Pr11、純度99.99質量%)の代わりに酸化テルビウム(Tb、純度99.99質量%)を用いたこと(Lm=Tb)以外は実施例1と同様にして、実施例3のシンチレータ用単結晶を作製した。なお、得られた単結晶インゴットについて、元素分析の結果から、Tbの偏析係数0.7、Ceの偏析係数0.25、及びCaの偏析係数0.15の結果を得た。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Example 3]
Example except that terbium oxide (Tb 4 O 7 , purity 99.99 mass%) was used as a starting material instead of praseodymium oxide (Pr 6 O 11 , purity 99.99 mass%) (Lm = Tb) In the same manner as in Example 1, a scintillator single crystal of Example 3 was produced. In addition, about the obtained single crystal ingot, the result of the segregation coefficient of Tb 0.7, the segregation coefficient of Ce 0.25, and the segregation coefficient of Ca 0.15 was obtained from the result of the elemental analysis. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例4]
出発原料として、酸化ルテチウム及び酸化セリウムの量を、x=1.996がx=1.9985となり、且つ、y=0.003がy=0.0005となるように調整したこと以外は実施例3と同様にして、実施例4のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Example 4]
Examples except that the amounts of lutetium oxide and cerium oxide as starting materials were adjusted so that x = 1.996 was x = 1.985 and y = 0.003 was y = 0.0005 In the same manner as in Example 3, a scintillator single crystal of Example 4 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例5]
出発原料として、酸化プラセオジウム(Pr11、純度99.99質量%)の代わりに酸化ツリウム(Tm、純度99.99質量%)を用いた(Lm=Tm)こと以外は実施例1と同様にして、実施例5のシンチレータ用単結晶を作製した。なお、得られた単結晶インゴットについて、元素分析の結果から、Tmの偏析係数は0.8、Ceの偏析係数は0.26及びCaの偏析係数0.15の結果を得た。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Example 5]
Example except for using thulium oxide (Tm 2 O 3 , purity 99.99 mass%) instead of praseodymium oxide (Pr 6 O 11 , purity 99.99 mass%) as a starting material (Lm = Tm) In the same manner as in Example 1, a scintillator single crystal of Example 5 was produced. In addition, about the obtained single crystal ingot, the segregation coefficient of Tm was 0.8, the segregation coefficient of Ce was 0.26, and the segregation coefficient of Ca was 0.15 from the result of the elemental analysis. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例6]
出発原料として、酸化ルテチウム及び酸化セリウムの量を、x=1.996がx=1.9985となり、且つ、y=0.003がy=0.0005となるように調整したこと以外は実施例5と同様にして、実施例6のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Example 6]
Examples except that the amounts of lutetium oxide and cerium oxide as starting materials were adjusted so that x = 1.996 was x = 1.985 and y = 0.003 was y = 0.0005 In the same manner as in Example 5, a scintillator single crystal of Example 6 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例7]
Ln2−(x+y+z)LuCeLmSiO(Ln=Gd、Lm=Tb、x=1.8、y=0.003、z=0.001)の化学量論組成になるように、出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)と酸化テルビウム(Tb、純度99.99質量%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例7のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表2に示した。
[Example 7]
Ln 2− (x + y + z) Lu x Ce y Lm z SiO 5 (Ln = Gd, Lm = Tb, x = 1.8, y = 0.003, z = 0.001) In the same manner as in Example 1 except that gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99% by mass) and terbium oxide (Tb 4 O 7 , purity 99.99% by mass) were used as starting materials. A single crystal for scintillator of Example 7 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 2 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例8]
出発原料として、酸化ガドリニウム及び酸化セリウムの量を、y=0.003がy=0.0005となるように調整したこと以外は実施例7と同様にして、実施例8のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表2に示した。
[Example 8]
The scintillator single crystal of Example 8 was prepared in the same manner as in Example 7 except that the amounts of gadolinium oxide and cerium oxide as starting materials were adjusted so that y = 0.003 was changed to y = 0.0005. Produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 2 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例9]
Ln2−(x+y+z)LuCeLmSiO(Ln=Y、Lm=Tb、x=1.8、y=0.003、z=0.001)の化学量論組成になるように、出発原料として酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)と酸化テルビウム(Tb、純度99.99質量%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例9のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表3に示した。
[Example 9]
Ln 2− (x + y + z) Lu x Ce y Lm z SiO 5 (Ln = Y, Lm = Tb, x = 1.8, y = 0.003, z = 0.001) In the same manner as in Example 1, except that yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity 99.99 mass%) and terbium oxide (Tb 4 O 7 , purity 99.99 mass%) were used as starting materials. A scintillator single crystal of Example 9 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 3 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例10]
出発原料として、酸化イットリウム及び酸化セリウムの量を、y=0.003がy=0.0005となるように調整したこと以外は実施例9と同様にして、実施例10のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表3に示した。
[Example 10]
As a starting material, the scintillator single crystal of Example 10 was prepared in the same manner as in Example 9 except that the amounts of yttrium oxide and cerium oxide were adjusted so that y = 0.003 was changed to y = 0.0005. Produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 3 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例11]
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO(Ln=Y、Lm=Tb、a=0.06、x=1.86、y=0.003、z=0.001)の化学量論組成になるように、出発原料として酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)と酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)と酸化テルビウム(Tb、純度99.99質量%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例11のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表4に示した。
[Example 11]
Gd 2− (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 (Ln = Y, Lm = Tb, a = 0.06, x = 1.86, y = 0.003, z = 0.001) As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99% by mass), yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity 99.99% by mass) and terbium oxide (Tb 4 O) are used so as to have a stoichiometric composition. 7 and a purity of 99.99 mass%) was used in the same manner as in Example 1 to produce a scintillator single crystal of Example 11. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 4 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例12]
出発原料として、酸化ガドリニウム及び酸化セリウムの量を、y=0.003がy=0.0005となるように調整したこと以外は実施例11と同様にして、実施例12のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表4に示した。
[Example 12]
The scintillator single crystal of Example 12 was prepared in the same manner as in Example 11 except that the amounts of gadolinium oxide and cerium oxide as starting materials were adjusted so that y = 0.003 was changed to y = 0.0005. Produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 4 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例1]
出発原料として、酸化プラセオジウムを用いず(z=0)、酸化ルテチウムの量を、x=1.996がx=1.997となるように調整したこと以外は実施例1と同様にして、比較例1のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Comparative Example 1]
Comparison was made in the same manner as in Example 1 except that praseodymium oxide was not used as a starting material (z = 0), and the amount of lutetium oxide was adjusted so that x = 1.996 was changed to x = 1.997. A scintillator single crystal of Example 1 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例2]
出発原料として、酸化プラセオジウムを用いず(z=0)、酸化ルテチウムの量を、x=1.9985がx=1.9995となるように調整したこと以外は実施例2と同様にして、比較例2のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Comparative Example 2]
Comparison was made in the same manner as in Example 2 except that praseodymium oxide was not used as a starting material (z = 0), and the amount of lutetium oxide was adjusted so that x = 1.985 was x = 1.9995. A scintillator single crystal of Example 2 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例3]
出発原料として、酸化テルビウムを用いず(z=0)、それに合わせて酸化ガドリニウムの量を調整したこと以外は実施例7と同様にして、比較例3のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表2に示した。
[Comparative Example 3]
A scintillator single crystal of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 7 except that terbium oxide was not used as a starting material (z = 0) and the amount of gadolinium oxide was adjusted accordingly. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 2 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例4]
出発原料として、酸化テルビウムを用いず(z=0)、それに合わせて酸化ガドリニウムの量を調整したこと以外は実施例8と同様にして、比較例4のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表2に示した。
[Comparative Example 4]
A scintillator single crystal of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 8 except that terbium oxide was not used as a starting material (z = 0) and the amount of gadolinium oxide was adjusted accordingly. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 2 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例5]
出発原料として、酸化テルビウムを用いず(z=0)、それに合わせて酸化イットリウムの量を調整したこと以外は実施例9と同様にして、比較例5のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表3に示した。
[Comparative Example 5]
A scintillator single crystal of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 9 except that terbium oxide was not used as a starting material (z = 0) and the amount of yttrium oxide was adjusted accordingly. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 3 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例6]
出発原料として、酸化テルビウムを用いず(z=0)、それに合わせて酸化イットリウムの量を調整したこと以外は実施例10と同様にして、比較例6のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表3に示した。
[Comparative Example 6]
A scintillator single crystal of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 10 except that terbium oxide was not used as a starting material (z = 0) and the amount of yttrium oxide was adjusted accordingly. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 3 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例7]
出発原料として、酸化テルビウムを用いず(z=0)、それに合わせて酸化ガドリニウムの量を調整したこと以外は実施例11と同様にして、比較例7のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表4に示した。
[Comparative Example 7]
A scintillator single crystal of Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Example 11 except that terbium oxide was not used as a starting material (z = 0) and the amount of gadolinium oxide was adjusted accordingly. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 4 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例8]
出発原料として、酸化テルビウムを用いず(z=0)、それに合わせて酸化ガドリニウムの量を調整したこと以外は実施例12と同様にして、比較例8のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表4に示した。
[Comparative Example 8]
A scintillator single crystal of Comparative Example 8 was produced in the same manner as in Example 12 except that terbium oxide was not used as the starting material (z = 0) and the amount of gadolinium oxide was adjusted accordingly. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 4 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例9]
出発原料として、酸化プラセオジウム(Pr11、純度99.99質量%)の代わりに酸化エルビウム(Er、純度99.99質量%)を用いたこと(Lm=Er)以外は実施例1と同様にして、比較例9のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Comparative Example 9]
Example except that erbium oxide (Er 2 O 3 , purity 99.99 mass%) was used instead of praseodymium oxide (Pr 6 O 11 , purity 99.99 mass%) as a starting material (Lm = Er) In the same manner as in Example 1, a scintillator single crystal of Comparative Example 9 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[比較例10]
出発原料として、酸化プラセオジウム(Pr11、純度99.99質量%)の代わりに酸化エルビウム(Er、純度99.99質量%)を用いたこと(Lm=Er)以外は実施例10と同様にして、比較例10のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表1に示した。
[Comparative Example 10]
Example except that erbium oxide (Er 2 O 3 , purity 99.99 mass%) was used instead of praseodymium oxide (Pr 6 O 11 , purity 99.99 mass%) as a starting material (Lm = Er) In the same manner as in Example 10, a scintillator single crystal of Comparative Example 10 was produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

実施例1、3、5と比較例1とを比較した場合、実施例1、3、5は、比較例1と比べて蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表1)。つまり、セリウム単独の付活の場合と比べて、プラセオジウム、テルビウム、ツリウムから選ばれる少なくとも1種の元素とセリウムとによって蛍光体を共付活することにより、蛍光出力及びエネルギー分解能が向上する。実施例2、4、6と比較例2とを比較した場合も同様である(表1)。共付活であっても、エルビウムで付活した比較例9、10の結果は、比較例1、2とそれぞれ比較すると、結晶の着色により蛍光出力及びエネルギー分解能は劣っている。   When Examples 1, 3, 5 and Comparative Example 1 are compared, it can be seen that Examples 1, 3, 5 have higher fluorescence output and better energy resolution than Comparative Example 1 (Table 1). That is, as compared with the case of activation of cerium alone, the fluorescence output and energy resolution are improved by co-activating the phosphor with cerium and at least one element selected from praseodymium, terbium, and thulium. The same applies when Examples 2, 4, and 6 are compared with Comparative Example 2 (Table 1). Even in the case of co-activation, the results of Comparative Examples 9 and 10 activated with erbium are inferior in fluorescence output and energy resolution due to the coloration of the crystals when compared with Comparative Examples 1 and 2, respectively.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

実施例7と比較例3とを比較した場合、実施例7のほうが、蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表2)。実施例8と比較例4とを比較した場合も、実施例8のほうが、蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表2)。母体構造がLSOだけでなくLGSOについても、プラセオジウム、テルビウム、ツリウムから選ばれる少なくとも1種の元素とセリウムとによって蛍光体を共付活することにより、蛍光出力及びエネルギー分解能が向上することがいえる。   When Example 7 and Comparative Example 3 are compared, it can be seen that Example 7 has higher fluorescence output and better energy resolution (Table 2). When Example 8 and Comparative Example 4 are compared, it can be seen that Example 8 has higher fluorescence output and better energy resolution (Table 2). It can be said that not only LSO but also LGSO is based on LGSO by co-activating the phosphor with cerium and at least one element selected from praseodymium, terbium, and thulium.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

実施例9と比較例5とを比較した場合、実施例9のほうが、蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表3)。実施例10と比較例6とを比較した場合も、実施例10のほうが、蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表3)。母体構造がLYSOについてもプラセオジウム、テルビウム、ツリウムから選ばれる少なくとも1種の元素とセリウムとによって蛍光体を共付活することにより、蛍光出力及びエネルギー分解能が向上することがいえる。   When Example 9 and Comparative Example 5 are compared, it can be seen that Example 9 has higher fluorescence output and better energy resolution (Table 3). When Example 10 and Comparative Example 6 are compared, it can be seen that Example 10 has higher fluorescence output and better energy resolution (Table 3). Even when the matrix structure is LYSO, it can be said that the fluorescence output and the energy resolution are improved by co-activating the phosphor with cerium and at least one element selected from praseodymium, terbium, and thulium.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

実施例11と比較例7とを比較した場合、実施例11のほうが、蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表4)。実施例12と比較例8とを比較した場合も、実施例12のほうが、蛍光出力が高く、エネルギー分解能も良いことがわかる(表4)。母体構造がLGYSOについてもプラセオジウム、テルビウム、ツリウムから選ばれる少なくとも1種の元素とセリウムとによって蛍光体を共付活することにより、蛍光出力及びエネルギー分解能が向上することがいえる。   When Example 11 and Comparative Example 7 are compared, it can be seen that Example 11 has higher fluorescence output and better energy resolution (Table 4). When Example 12 and Comparative Example 8 are compared, it can be seen that Example 12 has higher fluorescence output and better energy resolution (Table 4). Even when the matrix structure is LGYSO, it can be said that the fluorescence output and the energy resolution are improved by co-activating the phosphor with cerium and at least one element selected from praseodymium, terbium, and thulium.

次に、同じセリウム濃度における(組成式中のy値が等しい)共付活による蛍光出力の向上率を表5に示した。実施例の蛍光出力値(ch)を分子、比較例の蛍光出力値(ch)を分母として、対蛍光出力比(%)を求めた。   Next, Table 5 shows the improvement rate of the fluorescence output by coactivation at the same cerium concentration (y value in the composition formula is equal). The fluorescence output ratio (%) was determined using the fluorescence output value (ch) of the example as the numerator and the fluorescence output value (ch) of the comparative example as the denominator.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

表5に示した結果から明らかなように、yが0.003(セリウム高濃度側)のときは平均値103%、yが0.0005(セリウム低濃度側)のときは平均値108%であった。つまりセリウム低濃度側のほうが、共付活による蛍光出力向上が大きいといえる。   As is apparent from the results shown in Table 5, when y is 0.003 (cerium high concentration side), the average value is 103%, and when y is 0.0005 (cerium low concentration side), the average value is 108%. there were. That is, it can be said that the fluorescence output improvement by co-activation is larger at the cerium low concentration side.

また、セリウム低濃度側(y=0.0005)を共付活してDOI−PET用途として組み合わせを考えた場合、セリウム低濃度側を分子とし、セリウム高濃度側を分母として蛍光出力比(%)を求め、表6に示した。   Further, when a combination is considered for DOI-PET use by co-activating the cerium low concentration side (y = 0.0005), the fluorescence output ratio (%) with the cerium low concentration side as the numerator and the cerium high concentration side as the denominator. ) Was determined and shown in Table 6.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

表6に示した結果から明らかなように、セリウム低濃度側と高濃度側のどちらもセリウム単独の場合は平均値90%、セリウム低濃度側のみ共付活した場合は平均値97%であった。つまり、セリウム低濃度側を共付活することにより、高濃度側との蛍光出力差を大幅に小さくすることができるといえる。   As is clear from the results shown in Table 6, the average value of both cerium low concentration side and high concentration side is 90% when cerium alone is used, and the average value is 97% when only the cerium low concentration side is co-activated. It was. That is, it can be said that the fluorescence output difference from the high concentration side can be greatly reduced by co-activating the cerium low concentration side.

また、セリウム低濃度側(y=0.0005)と高濃度側(y=0.003)のどちらも共付活してDOI−PET用途として組み合わせを考えた場合、セリウム低濃度側を分子とし、セリウム高濃度側を分母として蛍光出力比(%)を求め、表7に示した。   In addition, when both the cerium low concentration side (y = 0.0005) and the high concentration side (y = 0.003) are co-activated and considered as a DOI-PET application, the cerium low concentration side is a molecule. Fluorescence output ratio (%) was determined using the cerium high concentration side as the denominator and is shown in Table 7.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

表7に示した結果から明らかなように、セリウム低濃度側と高濃度側のどちらもセリウム単独の場合は平均値90%、セリウム低濃度側と高濃度側のどちらも共付活した場合は平均値94%であった。つまり、共付活同士で組み合わせることにより、蛍光出力差を小さくすることができるといえる。   As is apparent from the results shown in Table 7, when both cerium low concentration side and high concentration side are cerium alone, the average value is 90%, and when both cerium low concentration side and high concentration side are co-activated. The average value was 94%. That is, it can be said that the fluorescence output difference can be reduced by combining the coactivities.

以上の結果より、セリウム付活オルト珪酸塩化合物の単結晶に対して、プラセオジウム、テルビウム、ツリウムから選ばれる少なくとも1種を添加してセリウムとともに蛍光体を共付活すると、セリウム濃度によらず、蛍光出力及びエネルギー分解能が向上し、セリウム濃度による蛍光特性差を低減することができる。特にセリウム低濃度側での蛍光特性の向上が大きく、セリウム低濃度側の共付活と、セリウム高濃度側のセリウム単独付活とを組み合わせるシンチレータは、蛍光特性差を更に低減することが可能であり、DOI型次世代高性能PET用途として大いに期待される。   From the above results, when adding at least one selected from praseodymium, terbium and thulium to the single crystal of the cerium-activated orthosilicate compound and co-activating the phosphor with cerium, regardless of the cerium concentration, The fluorescence output and energy resolution are improved, and the difference in fluorescence characteristics due to the cerium concentration can be reduced. In particular, the scintillator that combines the co-activation on the low cerium concentration side with the single activation on the cerium high concentration side can further reduce the difference in fluorescence characteristics. Yes, it is highly expected as a DOI type next-generation high-performance PET application.

[実施例13]
出発原料として、酸化ガドリニウム及び酸化セリウムの量を、y=0.0005がy=0.015となるように調整したこと、及び、4×6×20mmのサンプルを切り出した後の大気雰囲気中の電気炉での熱処理工程を行わなかったこと以外は比較例4と同様にして、実施例13のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表8に示した。
[Example 13]
As starting materials, the amount of gadolinium oxide and cerium oxide was adjusted so that y = 0.0005 was changed to y = 0.015, and in an air atmosphere after cutting out a 4 × 6 × 20 mm 3 sample A scintillator single crystal of Example 13 was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that the heat treatment step in the electric furnace was not performed. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 8 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例14]
出発原料として、酸化ガドリニウム及び酸化セリウムの量を、y=0.003がy=0.015となるように調整したこと、及び、4×6×20mmのサンプルを切り出した後の大気雰囲気中の電気炉での熱処理工程を行わなかったこと以外は比較例7と同様にして、実施例14のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表8に示した。
[Example 14]
As starting materials, the amount of gadolinium oxide and cerium oxide was adjusted so that y = 0.003 becomes y = 0.015, and in the air atmosphere after cutting out a 4 × 6 × 20 mm 3 sample A scintillator single crystal of Example 14 was produced in the same manner as Comparative Example 7 except that the heat treatment step in the electric furnace was not performed. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 8 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

[実施例15]
出発原料として、酸化ガドリニウム及び酸化セリウムの量を、y=0.003がy=0.015となるように調整したこと、z=0.001がz=0.0004となるように調整したこと、及び、4×6×20mmのサンプルを切り出した後の大気雰囲気中の電気炉での熱処理工程を行わなかったこと以外は実施例11と同様にして、実施例15のシンチレータ用単結晶を作製した。また、得られたシンチレータ用単結晶について、実施例1と同様の手順で蛍光特性の測定を行った。本実施例の組成式及び各サンプルの平均値としての蛍光特性の測定結果を表8に示した。
[Example 15]
As starting materials, the amount of gadolinium oxide and cerium oxide was adjusted so that y = 0.003 becomes y = 0.015, and z = 0.001 was adjusted so that z = 0.004. The scintillator single crystal of Example 15 was obtained in the same manner as in Example 11 except that the heat treatment step in the electric furnace in the air atmosphere after cutting out the 4 × 6 × 20 mm 3 sample was not performed. Produced. Further, the obtained single crystal for scintillator was measured for fluorescence characteristics in the same procedure as in Example 1. Table 8 shows the composition formula of this example and the measurement results of the fluorescence characteristics as the average value of each sample.

また、実施例13〜15の比較対象として、実施例1、比較例4及び7の蛍光特性の測定結果を表8に併せて示した。   Moreover, the measurement result of the fluorescence characteristic of Example 1, the comparative examples 4 and 7 was combined with Table 8 as a comparison object of Examples 13-15, and was shown.

Figure 2015038219
Figure 2015038219

表8の実施例13及び実施例14では、セリウム単独の付活剤で、セリウム濃度が実施例1〜12のシンチレータ用単結晶よりも高い組成(y=0.015)の蛍光特性を測定した。蛍光減衰時間は約46nsであり、実施例13と実施例8、実施例14と実施例12のそれぞれの組み合わせを考えると、蛍光減衰時間差は10ns以上である。実施例15では、テルビウムとセリウムの共付活剤で、セリウム濃度が同様に高い組成(y=0.015)の蛍光特性を測定した。蛍光減衰時間は同様に約46nsであり、蛍光出力も向上した。DOI型次世代高性能PETにおいて、組み合わせる二種類のシンチレータの蛍光減衰時間差は10ns以上が理想とされており、実施例13、14又は15の組成を有するセリウム高濃度側と、共付活したセリウム低濃度側(例えば上記実施例8又は12)との組み合わせでは、更に蛍光出力差が小さくDOI型次世代高性能PET用途に適している。   In Example 13 and Example 14 of Table 8, the fluorescence characteristic of the composition (y = 0.015) whose cerium density | concentration is higher than the single crystal for scintillators of Examples 1-12 was measured with the activator of cerium alone. . The fluorescence decay time is about 46 ns. Considering each combination of Example 13 and Example 8, Example 14 and Example 12, the difference in fluorescence decay time is 10 ns or more. In Example 15, the fluorescence characteristics of a composition (y = 0.015) having a similarly high cerium concentration with a co-activator of terbium and cerium were measured. Similarly, the fluorescence decay time was about 46 ns, and the fluorescence output was improved. In the DOI-type next-generation high-performance PET, the difference in fluorescence decay time between the two types of scintillators to be combined is ideally 10 ns or more, and the cerium high-concentration side having the composition of Example 13, 14 or 15 and co-activated cerium In combination with the low concentration side (for example, Example 8 or 12 above), the difference in fluorescence output is further small and suitable for DOI type next-generation high-performance PET applications.

実施例13、14、15及び1、並びに比較例4及び7の単結晶について、励起波長364nmの紫外線による紫外線励起蛍光スペクトルを図2に示す。図2中、A1は実施例13を、B1は実施例14を、C1は実施例15を、D1は実施例1を、E1は比較例4を、F1は比較例7をそれぞれ示す。実施例13〜15の単結晶における蛍光スペクトルは、蛍光出力が波長420nm付近で最大になる蛍光を示している。セリウム濃度が高い組成(y=0.015)である実施例13、実施例14及び実施例15では、図2に示した蛍光スペクトルにおいて、500nm付近の蛍光長波長成分の比率が増加していることがわかる。この特性変化によって、最大感度波長が500nm以上であるアバランシェ・フォトダイオードのような半導体検出器との組合せによって、優れた蛍光特性を示すと考えられる。   For the single crystals of Examples 13, 14, 15 and 1, and Comparative Examples 4 and 7, UV-excited fluorescence spectra with ultraviolet light having an excitation wavelength of 364 nm are shown in FIG. In FIG. 2, A1 shows Example 13, B1 shows Example 14, C1 shows Example 15, D1 shows Example 1, E1 shows Comparative Example 4, and F1 shows Comparative Example 7. The fluorescence spectra in the single crystals of Examples 13 to 15 indicate the fluorescence with the maximum fluorescence output near the wavelength of 420 nm. In Example 13, Example 14, and Example 15 in which the cerium concentration is high (y = 0.015), the ratio of the fluorescence long wavelength component near 500 nm is increased in the fluorescence spectrum shown in FIG. I understand that. Due to this characteristic change, it is considered that excellent fluorescence characteristics are exhibited in combination with a semiconductor detector such as an avalanche photodiode having a maximum sensitivity wavelength of 500 nm or more.

1…単結晶、2…種子結晶、10…引き上げ装置、12…引き上げ棒、13…ヒータ、14…高周波誘導加熱炉、15…高周波誘導コイル、16…るつぼ支持棒、17…るつぼ、18…溶融液(融液)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal, 2 ... Seed crystal, 10 ... Lifting device, 12 ... Lifting rod, 13 ... Heater, 14 ... High frequency induction heating furnace, 15 ... High frequency induction coil, 16 ... Crucible support rod, 17 ... Crucible, 18 ... Melting Liquid (melt).

Claims (10)

下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
A single crystal for a scintillator containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1).
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)
前記LnはGdであり、前記aは0を超え1未満の値を示し、前記LmはTb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素である、請求項1に記載のシンチレータ用単結晶。   2. The scintillator single crystal according to claim 1, wherein Ln is Gd, a is greater than 0 and less than 1, and Lm is at least one element selected from Tb and Tm. 前記LnはYであり、前記aは0を超え1未満の値を示す、請求項1に記載のシンチレータ用単結晶。   2. The scintillator single crystal according to claim 1, wherein Ln is Y, and a is greater than 0 and less than 1. 3. 前記LnはYであり、前記aは0を超え0.2以下の値を示し、前記xは1.6を超え2未満の値を示す、請求項1に記載のシンチレータ用単結晶。   2. The scintillator single crystal according to claim 1, wherein Ln is Y, a is greater than 0 and less than or equal to 0.2, and x is greater than 1.6 and less than 2. 3. 周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、前記単結晶の全質量を基準として0.00005〜0.1質量%含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシンチレータ用単結晶。   5. The composition according to claim 1, comprising 0.00005 to 0.1% by mass of at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table based on the total mass of the single crystal. The single crystal for scintillators according to claim 1. 周期表13族(IIIb族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、前記単結晶の全質量を基準として0.00005〜0.1質量%含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のシンチレータ用単結晶。   6. The composition according to claim 1, comprising 0.00005 to 0.1 mass% of at least one additive element selected from elements belonging to Group 13 (Group IIIb) of the periodic table based on the total mass of the single crystal. The single crystal for scintillators according to claim 1. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法であって、
下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて育成した単結晶体を、酸素を含む雰囲気中で700〜1500℃の温度で熱処理する、熱処理方法。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
A heat treatment method for producing the scintillator single crystal according to any one of claims 1 to 6,
A single crystal grown using a raw material containing a constituent element of a single crystal for scintillator containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1) is 700 to 1500 ° C. in an oxygen-containing atmosphere. The heat processing method which heat-processes at the temperature of.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)
請求項1〜6のいずれか一項に記載のシンチレータ用単結晶の製造方法であって、
下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程と、
前記単結晶体を、酸素を含む雰囲気中で700〜1500℃の温度で熱処理する工程とを備える、シンチレータ用単結晶の製造方法。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(1)
(一般式(1)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0を超え0.01以下の値を示し、zは0を超え0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
A method for producing a scintillator single crystal according to any one of claims 1 to 6,
Preparing a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing a cerium activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1), and growing a single crystal by the Czochralski method;
And a step of heat-treating the single crystal body at a temperature of 700 to 1500 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (1)
(In General Formula (1), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value greater than 1 and less than 2, y represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.01, and z is greater than 0 and less than or equal to 0.01 (The value of a + x + y + z is 2 or less.)
下記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶であって、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を、前記単結晶の全質量を基準として0.00005〜0.1質量%含有し、蛍光波長420nmにおける、励起波長304nmでの蛍光強度に対する励起波長364nmでの蛍光強度の比(364nm/304nm)が3未満であるシンチレータ用単結晶。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(2)
(一般式(2)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0.01を超え0.03以下の値を示し、zは0以上0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
A scintillator single crystal comprising a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (2), wherein at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table, The ratio of the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 364 nm to the fluorescence intensity at the excitation wavelength of 304 nm (364 nm / 304 nm) is less than 3 at 0.00005 to 0.1% by mass based on the total mass of the single crystal. A single crystal for scintillator.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (2)
(In general formula (2), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value of more than 1 and less than 2, y represents a value of more than 0.01 and 0.03 or less, and z is 0 or more and 0.01 (The following values are shown, where a + x + y + z is 2 or less.)
請求項9に記載のシンチレータ用単結晶の製造方法であって、
下記一般式(2)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程を備える、シンチレータ用単結晶の製造方法。
Gd2−(a+x+y+z)LnLuCeLmSiO ……(2)
(一般式(2)中、LmはPr、Tb及びTmから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、LnはPr、Tb及びTmを除くランタノイド系元素、並びにSc、Yから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは0以上1未満の値を示し、xは1を超え2未満の値を示し、yは0.01を超え0.03以下の値を示し、zは0以上0.01以下の値を示す。なお、a+x+y+zの値は2以下である。)
A method for producing a scintillator single crystal according to claim 9,
A scintillator comprising a step of preparing a raw material containing a constituent element of a single crystal for scintillator containing a cerium activated orthosilicate compound represented by the following general formula (2), and growing a single crystal by the Czochralski method For producing a single crystal for use.
Gd 2- (a + x + y + z) Ln a Lu x Ce y Lm z SiO 5 ...... (2)
(In general formula (2), Lm represents at least one element selected from Pr, Tb and Tm, Ln represents at least one element selected from Sc, Y, and a lanthanoid element excluding Pr, Tb and Tm. Represents an element, a represents a value of 0 or more and less than 1, x represents a value of more than 1 and less than 2, y represents a value of more than 0.01 and 0.03 or less, and z is 0 or more and 0.01 (The following values are shown, where a + x + y + z is 2 or less.)
JP2014205772A 2009-06-29 2014-10-06 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of producing single crystal for scintillator Pending JP2015038219A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014205772A JP2015038219A (en) 2009-06-29 2014-10-06 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of producing single crystal for scintillator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009154105 2009-06-29
JP2009154105 2009-06-29
JP2014205772A JP2015038219A (en) 2009-06-29 2014-10-06 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of producing single crystal for scintillator

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010103956A Division JP2011026547A (en) 2009-06-29 2010-04-28 Single crystal for scintillator, method of heat treatment for manufacturing single crystal for scintillator, and method of manufacturing single crystal for scintillator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016002610A Division JP2016056378A (en) 2009-06-29 2016-01-08 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method for producing single crystal for scintillator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015038219A true JP2015038219A (en) 2015-02-26

Family

ID=52631454

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014205772A Pending JP2015038219A (en) 2009-06-29 2014-10-06 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of producing single crystal for scintillator
JP2016002610A Pending JP2016056378A (en) 2009-06-29 2016-01-08 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method for producing single crystal for scintillator

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016002610A Pending JP2016056378A (en) 2009-06-29 2016-01-08 Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method for producing single crystal for scintillator

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP2015038219A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117120876A (en) * 2021-03-26 2023-11-24 三菱化学株式会社 Scintillator and radiation detector

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4083165B1 (en) 2019-12-25 2024-02-21 Mitsubishi Chemical Corporation Scintillator and radiation detector
EP4095215A4 (en) 2020-01-20 2023-07-12 Mitsubishi Chemical Corporation Scintillator and radiation detector

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004339506A (en) * 2003-04-24 2004-12-02 Fuji Photo Film Co Ltd Lutetium silicate accumulative phosphor activated with cerium
JP2006199727A (en) * 2005-01-18 2006-08-03 Toshiba Ceramics Co Ltd Scintillator and radiation detector using the same
JP2007016197A (en) * 2005-06-10 2007-01-25 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator and its production process
JP2008007393A (en) * 2006-05-30 2008-01-17 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator and manufacturing method for the same
JP2009007545A (en) * 2007-06-01 2009-01-15 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of manufacturing single crystal for scintillator
JP2009120809A (en) * 2007-07-17 2009-06-04 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000056023A (en) * 1998-08-06 2000-02-25 Japan Science & Technology Corp Pet detector capable of providing depth directional information
US8999281B2 (en) * 2007-06-01 2015-04-07 Hitachi Chemical Company, Ltd. Scintillator single crystal, heat treatment method for production of scintillator single crystal, and method for production of scintillator single crystal

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004339506A (en) * 2003-04-24 2004-12-02 Fuji Photo Film Co Ltd Lutetium silicate accumulative phosphor activated with cerium
JP2006199727A (en) * 2005-01-18 2006-08-03 Toshiba Ceramics Co Ltd Scintillator and radiation detector using the same
JP2007016197A (en) * 2005-06-10 2007-01-25 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator and its production process
JP2008007393A (en) * 2006-05-30 2008-01-17 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator and manufacturing method for the same
JP2009007545A (en) * 2007-06-01 2009-01-15 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method of manufacturing single crystal for scintillator
JP2009120809A (en) * 2007-07-17 2009-06-04 Hitachi Chem Co Ltd Single crystal for scintillator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117120876A (en) * 2021-03-26 2023-11-24 三菱化学株式会社 Scintillator and radiation detector

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016056378A (en) 2016-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4760236B2 (en) Single crystal heat treatment method
JP5521273B2 (en) Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator, and method for producing single crystal for scintillator
US8999281B2 (en) Scintillator single crystal, heat treatment method for production of scintillator single crystal, and method for production of scintillator single crystal
JP4770337B2 (en) Single crystal heat treatment method
US8062419B1 (en) Rare-earth oxyorthosilicate scintillator crystals and method of making rare-earth oxyorthosilicate scintillator crystals
US7749323B2 (en) Single crystal for scintillator and method for manufacturing same
JPWO2006049284A1 (en) Single crystal for scintillator containing Pr, manufacturing method thereof, radiation detector and inspection apparatus
US20070292330A1 (en) Scintillator single crystal and process for its production
US20150069298A1 (en) Scintillator single crystal, heat treatment process for production of scintillator single crystal, and process for production of scintillator single crystal
JP2007016197A (en) Single crystal for scintillator and its production process
US9328288B2 (en) Rare-earth oxyorthosilicates with improved growth stability and scintillation characteristics
Petrosyan et al. A study of radiation effects on LuAG: Ce (Pr) co-activated with Ca
CN113529168A (en) Li+Zero-dimensional perovskite structure doped metal halide scintillation crystal and preparation method and application thereof
Dickens et al. Increased luminescence and improved decay kinetics in lithium and cerium co-doped yttrium aluminum garnet scintillators grown by the Czochralski method
JP2016056378A (en) Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator and method for producing single crystal for scintillator
WO2019168169A1 (en) Phosphor
JP5176074B2 (en) Single crystal for scintillator
JP5994149B2 (en) X-ray scintillator materials
JP5055910B2 (en) Single crystal heat treatment method
JP5365720B2 (en) Single crystal for scintillator and method for producing the same
JP2018070769A (en) Scintillator crystal, heat treatment method for manufacturing scintillator crystal and manufacturing method of scintillator crystal
Fawad et al. Czochralski growth and scintillation properties of Li6LuxY1− x (BO3) 3: Ce3+ single crystals
JP7178043B2 (en) LSO-based scintillator crystal
JP2005206640A (en) Inorganic scintillator
Kurata et al. Impact of co-doping on scintillation properties of Lu 2x Gd 2 (1− x) SiO 5: Ce (LGSO, x= 0.9)

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150518

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20150518

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151016

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151110

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160308